Tuğlali Pasta Firini Isil Analizi
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
TUTU ĞĞLALILALI PASTAPASTA FIRINIFIRINI ISILISIL ANALANAL İİZZİİ SERDARSERDAR KAYAKAYA 20045080442004508044 ÖZET Bu çalışmada , Tu ğlalı Pasta Fırınında brülör de ğişkenlerinin yanmaya etkisi incelenmi ştir. İki ve üç brülör ‘lü durumlar için kar şıla ştırmalar yapılmıştır. Tüm analizler için öncelikle GAMB İT programında çizimler, meshlemeler yapılmış sınır ko şulları tanımlanmış olup ardından FLUENT adlı, hesaplamalı akışkanlar dinami ği programı kullanılmıştır. Çalışmada ayrıca GAMB İT ve FLUENT programlarıyla iligli bilgilendirmeler mevcuttur. GAMB İT VE FLUENT PROGRAMLARI GAMB İT Programı GAMB İT; dizayn ve analiz yapanların mesh model olu şturup hesaplamalı akışkanlar dinami ğinde kullanmaları için ve di ğer bilimsel uygulamalarda kullanmaları için geli ştirilen bir yazılımdır. GAMB İT ‘e grafik arayüzü sayesinde kullanıcı girdileri girer. GAMB İT grafik arayüzünde temel olarak öncelikle geometri olu şturulur ardından meshleme ve sınır şartları tanımlanıp uygun çözücüde analiz için model kullanılabilir. GAMB İT Grafik Kullanım Arayüzü OPERASYON MENÜLER İ FLUENT Programı FLUENT, yaratılan geometrilerde akışkan akışlarını simule edebilen bir hesaplamalı akışkanlar dinami ği programıdır. FLUENT, akışkan akışlarını modellemek ve karma şık geometrilerdeki ısı transferlerini görmek için oldukça önemli bir programdır. FLUENT çözüm için sonlu hacimler metodunu kullanır. Bunun kullanılması farklı fiziksel modeller için, örne ğin; sıkıştırılabilir veya sıkıştırılamaz, viskoz veya viskoz olmayan, laminar veya türbülanslı vb. , programa çözüm yetene ği kazandırır. Geometri, mesh ve gerekli sınır ko şulları GAMB İT programında tanımlanır. Çözüme yedi adımda ula şılabilir; GAMB İT ‘te geometrinin olu şturulması GAMB İT ‘te meshlemelerin yapılması GAMB İT ‘te sınır şartlarının tanımlanması FLUENT ‘ te problemin tanımlanması Çözüm Sonuçların analizi Gerekiyorsa meshlemelerin iyile ştirilmesi CFD Analizinin Teorisi FLUENT çözücüsü sonlu hacim metoduna dayanır. Çözüm bölgesi bir dizi kontrol hacmine veya hücreye bölünür. Kütle, momentum, enerji vs. ta şınım denklemleri sonlu farklıla ştırılır. Geçici rejim Ta şınım Difüzyon Üretim Akış bölgesi bir dizi kontrol hacmine (mesh’e) bölünür. Mesh Bile şenleri Basit 2D Mesh Basit 3D Mesh Cell = Bölgenin parçalarını olu şturan sonlu hacim Face = Bir hücrenin (cell) yüzeyi Edge = Bir yüzeyin sınırı Node = Grid (düğüm) noktası Zone = Nodes , faces veya cell grupları 1- PROBLEM İN ANLA ŞILMASI FIRINI TANIYALIM Tu ğlalı pasta-börek fırınları, endüstriyel amaçlı olarak pastane ve börek ustaları tarafından kullanılmaktadırlar. Lpg veya do ğalgaz (gazlı fırın) ve elektirikli olmak üzere 2 tipi mevcuttur. Kullanım, montaj kolaylığı, düşük maliyeti, yüksek verimi ve seri üretime olanak tanımalarıyla gıda imalathanelerinde en akılcı çözüm olmaktadırlar. Fırında tüm mayalı pastane mamulleri, baklava, pizza, börek, kuru pasta çeşitleri, ramazan pidesi, fırın yemekleri, çeşitli kebaplar ve pideler eski odunlu ta ş fırın lezzetini aratmayacak şekilde pi şirilebilir. Bu çalışmada inceleyece ğimiz fırın Nil Mühendislik spf-120 LPG li modelidir. 1- PROBLEM İN ANLA ŞILMASI FIRINI TANIYALIM Tu ğlalı Pasta Fırınında üç brülörlü, tavalı ve tavasız durumlar için analizler yapılmıştır. Tavaların fırının 3. katına ve 4. katına konmasının etkileri incelenmi ştir. Fırın 3. ızgarasına tava yerle ştirilmi ş iç görüntüsü 1- PROBLEM İN ANLA ŞILMASI FIRINI TANIYALIM İki brülörün yanma durumu Üç brülörün yanma durumu 1- PROBLEM İN ANLA ŞILMASI İmalatını yaptığımız tu ğlalı pasta fırınında üç brülörün yüksek gaz debilerinde yakılmasıyla olu şan problemler vardır. Özellikle unlu mamul ustaları fırını ilk ısıtma anında yüksek gaz girdileriyle hem yanışı bozmakta ve verimsizli ğe neden olmaktadırlar. 2 brülörun çoğu imalatı (şambali ve halep tatlıları hariç) verimli şekilde pi şirmesine ra ğmen çoğu usta verimsiz fırınlardan alışkanlıkla orta brülörü yo ğun şekilde kullanmaya ısrar etmektedir. Orta brülörün gereksiz yere kullanılmaması uyarısı çoğu zaman dikkate alınmamaktadır. Peki sa ğ ve sol br ülör pi şirmeye yeterli midir ? Orta br ülör nas ıl bir etki g östermektedir ? 2- PROBLEM İN MÜHEND İSL İK AÇISINDAN MUHTEMEL SEBEPLER İ Tu ğlalı Pasta Fırınının kullanım talimatlarına uyulmaması, Mamul üreticilerinin kullandıkları eski veya verimsiz fırınlarına olan alışkanlıkarından dolayı bu fırına kullanım farklarından dolayı alışmasının zorlu ğu, Ehil olmayan ki şilerin fırını kullanması. 3- Sebeplerin Genel De ğerlendirmesi ve İnceleme Alternatifleri Orta brülörün pi şirme esnasında yakılmamasının önerilmesine ra ğmen, mamul üreticileri tarafından ısrarla yakılmasının homojen yanış da ğılımına olumsuz etki yaptığı öngörülerek bu sebep çerçevesinde de ğerlendirmeler yapılmıştır. Bilindi ği üzere yanış da ğılımını ara ştırmak bir ısıl analiz problemidir. Bu sebeple ; Fırın içi homojen yanış da ğılımının kontrolü için Tu ğlalı Pasta Fırınının basitle ştirilmi ş GAMB İT modeli yapılarak FLUENT ile analizi yapılabilir. Fırın içi genel sıcaklığın ve tava alt sıcaklığının, sa ğ ve sol brülör yakıldığı zamanki durum için ve üç brülörün birlikte yakıldığı durum için kar şıla ştırmaları yapılarak orta brülörün ısınmaya ve pi şirmeye etkisi teorik olarak belirlenebilir. Fırın içi genel sıcaklığın ve tava alt sıcaklığının, sa ğ ve sol brülör yakıldığı zamanki durum için ve üç brülörün birlikte yakıldığı durum için kar şıla ştırmaları deneysel olarak yapılıp teorik sonuçlarla kar şıla ştırılabilir. 4- Konuya Hakimiyet İçin Temel ve Teorik Bilgiler Computational Fluid Dynamics (CFD) yazılımı FLUENT genel denklemleri Geçici rejim Ta şınım Difüzyon Üretim 4- Konuya Hakimiyet İçin Temel ve Teorik Bilgiler ISI TRANSFER İ İletim, ta şınım ve ışınım ile ısı ge çişi 4- Konuya Hakimiyet İçin Temel ve Teorik Bilgiler İletimle bir boyutlu ısı ge çişi Fourier yasası 4- Konuya Hakimiyet İçin Temel ve Teorik Bilgiler Ta şınımla bir boyutlu ısı ge çişi 4- Konuya Hakimiyet İçin Temel ve Teorik Bilgiler Ta şınımla Is ı Ge çişi İş lemleri 4- Konuya Hakimiyet İçin Temel ve Teorik Bilgiler Işınımla Is ı Ge çişi İş lemleri 5 – BDM Açısından Yapılabilecek Kolaylıklar Fırın iç yapısını Fluent için modellerken basitle ştirmelere gitmek i şlem yükünün azaltılması açısından faydalı olacaktır. Fırın konstrüksiyonu solidworks ile modellenmi ştir. Fırın modelinin basitle ştirilmi ş yakla şımı Gaz çıkışı Gaz çıkışı Gambit te fırın modellenirken fırın ayrıntıları göz önüne alınmamıştır. İç ayrıntıların yo ğun hesaplama gücü gerektirmesi nedeniyle bazı kabuller yapılmıştır. Fırının iki ve üç brülörünün yanması durumu kontrol hacmine çeşitli kütlesel debilerde giren 1300 K deki sıcak havayla modellenmi ştir Brülör Brülör 1300 K hava 1300 K hava 1300 K hava 1190 10 960 100 0 4 84 10 100 595 8 100 100 Önden Bakış Üstten Bakış Gambit Modeli Gambit Modeli Meshlenmi ş Model Mesh i şlemi düzgün geometri olu şturulmasından sonraki ikinci önemli adımdır. Sırayla kenarlara, yüzeylere ve hacimlere mesh i şlemi uygulanır. Tüm yüzeyler 30 interval size ile meshlenmi ştir. Çalıştığımız modelin büyük geometrisi meshleme i şleminde büyük işlem gücü gerektirmektedir. Çalıştığımız bilgisayarların i şlem gücü kısıtlı oldu ğundan daha hassas meshlemeye olanak vermemektedir. Muhakkak ki daha hassas meshleme gerçeğe daha yakın ve do ğru sonuçları do ğuracaktır Sınır Ko şullarının Tanımlanması Mavi görünen kısım hava giri şini ( mass flow inlet ) temsil etmektedir. Kırmızı görünen kısım hava çıkışını (outflow) temsil etmektedir. Sarı görünen kısımlar simetri (symmetry) olarak tanımlanmıştır. Beyaz kısımlar duvar ( wall ) olarak tanımlanmıştır. FLUENT ANAL İZLER İ GAMB İT programında basitle ştirilmi ş modelin çizimi , meshlenmesi ve sınır ko şullarının tanımlanmasının ardından dosyalar mesh file ( .msh ) olarak kaydedilip FLUENT ‘ e aktarılmıştır Aşağıdaki analiz planı izlenmi ştir. 1) Bo ş fırın denge durumu (steady) de ğişken debiler 2) Tavalar 3. rafta iken denge durumu (steady) de ğişken debilerle 3) Tavalar 4. rafta iken denge durumu (steady) de ğişken debilerle 6- BDM ANAL İZ G İRD İLER İ ve ANAL İZLER İN YAPILMASI 6.1. Bo ş Durum için Analizler 6.1.1.Üç Brülörlü Bo ş Durum 0.001 kg/s Debi İçin Analiz Denge Durumunu İncelemek İçin İterasyon Grafi ği 0.001 kg / s Kütlesel Debi Durum İçin Report Fluxes 6.1.1.Üç Brülörlü Bo ş Durum 0.001 kg/s Debi İçin Analiz 0.001 kg/s debi fırının en düşük güç için çalışmasıdır.Görüldüğü gibi üç brülor de birbirinin yanışını etkilemeden çalışmaktadır.Simetriklik ve düzenli durum vardır. Unlu mamüllerin imalinde a ğır malların pi şirilmesinde üç brülorün kısık yandığı bu durum firmamızca da önerilmektedir. 6.1.2.Üç Brülörlü Bo ş Durum 0.005 kg/s Debi İçin Analiz Denge Durumunu İncelemek İçin İterasyon Grafi ği 0.005 kg / s Kütlesel Debi Durum İçin Report Fluxes 6.1.2.Üç Brülörlü Bo ş Durum 0.005 kg/s Debi İçin Analiz Üç brülörün çalıştığı modelde debi artışı görüldüğü gibi yanış düzenini bozmaktadır. Bu özellikle orta brülör de yer yer sönmeler, çiğ gaz atımına neden olmaktadır. 6.1.3.Üç Brülör Bo ş durum 0.025 kg/s Debi İçin Analiz Denge Durumunu İncelemek İçin İterasyon Grafi ği 0.025 kg / s Kütlesel Debi Durum İçin Report Fluxes 6.1.3.Üç Brülörlü Bo ş Durum 0.025 kg/s Debi İçin Analiz Üç brülorün maksimum düzeyde açıldığı bu durum fırın içinde homojen olmayan bir sıcaklık da ğılımına neden olmaktadır. Gaz sarfiyatı artmakta verim düşmektedir. Tavaların Analize Dahil Edilmesi Bu bölümde fırının pi şirmede kullanılan 3. ve 4. raflarına tava konması durumu incelenecektir. Tavaların 4. rafta olması durumu Tavaların 3. rafta olması durumu