Gözenekli malzemelerde eş zamanlı ısı ve kütle transferinin matematik modellenmesi

Abstract

Bu çalışmada dikdörtgen kesitli odun malzemesinin zorlanmış taşınım ile kurutulması işlemi incelenmiştir. Öncelikle akış alanı için korunum denklemleri (Navier Stokes), ANSYS Fluent 14.5 paket programı kullanılarak çözülmüştür. Daha sonra yüzeydeki ortalama ısı taşınım katsayısı, türbülans modellerinden Standart k-ɛ Modeli kullanılarak hesaplanmıştır. Isı ve kütle transferi arasındaki bağıntı kullanılarak kütle taşınım katsayısı bulunmuştur. Hava hızı, sıcaklığı, ürünün kalınlığı ve ürün nem oranı gibi değişkenlere göre eş zamanlı ısı ve kütle transfer denklemleri zamana bağlı, yüzey sınır şartları kullanılarak Comsol 4.3a programı ile çözülmüştür. Kurutma sırasındaki katı içerisindeki nem ve sıcaklık dağılımları zamana bağlı olarak (2 saat sonra) elde edilmiştir. Denklemler için matematiksel model Fourier ısı iletim ve Fick difüzyon yasaları kullanılarak oluşturulmuştur. Model doğrulaması literatürde yapılmış olan 6 farklı nümerik ve deneysel (Haiqing ve ark 1999, Younsi ve ark. 2006, Chang ve Petersen 1986, Liu ve Cheng 1991, ve Kocaefe ve ark.(nümerik ve deneysel 2007)) çalışma ile yapılmıştır. Sonuç grafiklerinin birbirine benzerlik gösterdiği görülmüştür. Ayrıca Comsol programından (200. saniye için) elde edilen sonuçlar ile Ansys Fluent paket programında 3 boyutlu yapılan modelin merkezindeki sıcaklık dağılımları karşılaştırılmıştır. Sonuçlarda benzerlik görülmüştür.

In this study, convective drying process of wood material with rectangular shape was examined. of First of all, Navier Stokes equations were solved by using ANSYS Fluent 14.5 programme for the flow field. Later average heat transfer coefficient on surface was accounted by using Standart k- ɛ Model among Turbulence Models. It was found mass transfer coefficient with relationship between heat and mass transfer. Simultaneous heat and mass transfer equations were solved with Comsol 4.3a programme using boundary conditions at the surface dependent on time parameters like air speed, temperature, material thickness and material moisture proportion. The mathematical model for equations was based on Fourier heat model and Fick diffusion model. Moisture and temperature distributions inside the solid were predicted via time for two hours later. Model validation was compared with 6 different numerical and experimental studies found literatüre. (Haiqing et al. 1999, Younsi et al. 2006, Chang and Petersen 1986, Liu and Cheng 1991, Kocaefe et al. (numerical and experimental 2007)). The results were found to be in good agreement. Moreover (200 second later) temperature distributions found Comsol programme and Ansys Fluent programme for 3D model were compared. A considerably high agreement was found from results.