Soğuk Hava Deposunda Menfezlerin Hesaplamali Akişkanlar Dinamiği İle Modellenmesi

(1)

i T.C.

NAMIK KEMAL ÜNĠVERSĠTESĠ BĠLĠMSEL ARAġTIRMA PROJELERĠ KOORDĠNASYON BĠRĠMĠ (NKÜBAP) BĠLĠMSEL ARAġTIRMA PROJESĠ

SONUÇ RAPORU

NKUBAP.00.MB.AR.14.01 nolu proje

SOĞUK HAVA DEPOSUNDA MENFEZLERĠN HESAPLAMALI AKIġKANLAR DĠNAMĠĞĠ ĠLE MODELLENMESĠ

Yürütücü: Yrd.Doç.Dr. Serap Akdemir

2015

(2)

i ÖNSÖZ

Çillerli soğuk hava deposunda üfleme ve emme menfezleri mevcuttur. Bu menfezler havayı tabana dik olarak üflemekte ve daha sonra hava, depo içerisinde sirkülasyon yaptıktan sonra emilmektedir. Burada menfezlerin konumlarından dolayı depo içerisinde istenilen ortam koşulları homojen olarak dağılım göstermemektedir.

Bu projede soğuk depo içerisinde homojen hava dağılımını sıcaklık ve neme bağlı olarak sağlayabilmek için menfez levhalarının konumları farklı açılarda ayarlanmıştır.

Çillerli soğuk hava deposunda nem ve sıcaklık dağılımı CFD (Hesaplamalı Akışkan Dinamiği) ile analiz edilerek menfez tasarımı için modellemeler belirlenmiştir. Menfez açılarına göre depo içerisinde modellemeler yapılmış ve akış konturları oluşturulmuştur. Modellemede üst, orta ve alt düzlemde belirlenen noktalardan sıcaklık ve nem değerleri alınmıştır. Belirlenen noktalardan elde edilen değerler menfez açılarına göre karşılaştırılmıştır.

”Soğuk Hava Deposunda Menfezlerin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile Modellenmesi-NKUBAP.00.MB.AR.14.01” projesi Namık Kemal Üniversitesi tarafından desteklenmiştir. Projeye verdiği destekten dolayı Namık Kemal Üniversitesi Rektörlüğüne teşekkür ederim.

07/09/2015

Yrd.Doç.Dr.Serap AKDEMĠR

(3)

ii ĠÇĠNDEKĠLER

1.GİRİŞ 1

2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 3

2.1. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) ile ilgili literatürler 3

2.2. Ortam koşulları ile ilgili literatürler 3

3.MATERYAL VE YÖNTEMLER 7

3.1. Materyal 7

3.1.1.Soğuk depo 7

3.1.2.Sıcaklık ve nem sensörleri 9

3.1.3. Nemlendirme cihazı 9

3.1.4. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği bilgisayar programı 9

3.2. Yöntemler 10

3.2.1.Sıcaklıkvebağılnemdağılımının CFD ilemodellenmesi 10 3.2.2. Sıcaklık ve bağıl nem ölçümleri ve CFD model değerleri 11 3.2.3 Modelin geçerliliğinin test edilmesi 12

4. ARAŞTIRMA SONUÇLARI ve TARTIŞMA 15

4.1. CFD Analiz Sonuçları 15

4.1.1.Boş Depo Sıcaklık ve Nem CFD Model Sonuçları 15 4.1.1.1. Sıcaklık için CFD model sonuçları 15 4.1.1.2. Bağıl nem için CFD model sonuçları 18 4.3. Menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri 19 4.3.1. 0⁰-0⁰-0⁰ Menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri 19 4.3.2. 0⁰-0⁰-45⁰ Menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri 20 4.3.3. 0⁰-22.5⁰-45⁰Menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri 21 4.4. Dolu Depo Sıcaklık ve Nem CFD Model Sonuçları 22

4.4.1. Dolu Depo Akım çizgileri 22

4.4.2. Dolu Depo Sıcaklık ve Nem CFD Model Sonuçları 23 4.4.2.1. Sıcaklık için CFD model sonuçları 23 4.4.2.2. Bağıl nem için CFD model sonuçları 27 4.5. Menfez açıları 0⁰-0^0-0⁰için sıcaklık ve nem ölçüm ve model değerleri 28 4.5.1. Menfez açıları 0⁰-0^0-0⁰için sıcaklık ölçüm ve model değerleri 28 4.5.2. 0⁰-0⁰-0⁰ Menfez açısı için nem ölçüm ve model değerleri 29 4.6. 0⁰-0⁰-45⁰ Menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri 30 4.7. 0⁰-22.5⁰-45⁰‟ Menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri 31

5.SONUÇ VE ÖNERİLER

325.1. Akım çizgileri 32

5.2. CFD Modelleme 32

5.2.1. Sıcaklık 32

5.2.2. Bağıl Nem 33

5.3. CFD modelleme ve ölçüm değerlerinin karşılaştırılması 33 5.3.1. Kanat açılarının 0^oolduğu durum için ortam koşulları 33

5.3.1.1. Sıcaklık 33

5.3.1.2. Bağıl Nem 33

KAYNAKLAR 35

(4)

iii ÇĠZELGE LĠSTESĠ

Çizelge No Çizelge adı Sayfa No

1. Sınır Koşulları 11

2. Hız Sınır Şartı 11

3. Diğer Sınır Şartı 11

4. Model ve ölçüm değerlerinin karşılaştırılma tablosu 13 5. 0⁰-0⁰-0⁰ menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri 20 6. 0⁰-0⁰-45⁰ Menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri 20 7. 0⁰-22.5⁰-45⁰ Menfez açıları için sıcaklık ve nem model 21

değerleri

8. Menfez açıları 0⁰-0⁰-0⁰ için sıcaklık ölçüm ve model değerleri 28 9. 0⁰-0⁰-0⁰Menfez açısı için bağıl nem ölçüm ve model değerleri 29 10. 0⁰-0⁰-45⁰ Menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri 30 11. 0⁰-22.5⁰-45⁰‟ Menfez açıları için sıcaklık ve nem model 31

değerleri

(5)

iv ġEKĠL LĠSTESĠ

ġekil No ġekil adı Sayfa No

1. Soğuk depoda menfezlerden çıkan havanın yönü 2

2. Panel soğuk oda 7

3. Üfleme ve emme menfezleri 8

4. Menfez levhalarının yönleri 8

5. Testo 177 H1 sıcaklık ve nem ölçme sensörü 9

6. Nemlendirme sistemi 9

7. Üç farklı senaryo için belirlenen açı numaraları 11

8. Model ve Ölçüm düzlemleri 12

9. Ölçüm alınan noktalar 13

10. Modelleme ve ölçüm değerlerinin karşılaştırılacağı örnek grafik 14

11. XZ1 düzlemindeki sıcaklık dağılımı 15 12. XZ2 düzlemindeki sıcaklık dağılımı

1513. XZ3

düzlemindeki sıcaklık dağılımı 16

14. XZ1.düzlemindekisıcaklık dağılımı 16

15. XZ2 düzlemindeki sıcaklık dağılımı 16

18.. XZ2 düzlemindeki sıcaklık dağılımı 17

20. XZ2 düzlemindeki nem dağılımı 18

23. 0⁰-0⁰-0⁰ için Akım Çizgileri 22

24. 0⁰-0⁰-45⁰ için Akım Çizgileri 22

25. 0⁰-22,5⁰-45⁰ için Akım Çizgileri 23

28 XZ3 düzlemindeki sıcaklık dağılımı 24

35. XZ2.düzlemindekinem dağılımı 27

38. Sıcaklık ölçüm, model ve aradaki farklar 29

39. Nem ölçüm, model ve aradaki farklar 30

(6)

v Özet

Projede soğuk depo içerisinde hava dağılımını sağlayan menfezlerin açıları model üzerinde üç senaryo kurgulanarak boş ve dolu depo koşullarında modellenmiştir.

Boş depo için modeller arasındaki sıcaklık farklılığı 0.01 ile 0.02 arasında değişirken, bağıl nemde ise farklılık %0.10 ile %0.13 arasında değişim göstermiştir. Ölçüm ve model değerleri sadece 0⁰-0⁰-0⁰için karşılaştırılmıştır. Boş depo için, menfez kanal açısı modellerine ve modelleme değerlerine bakıldığında, soğuk odanın farklı bölgelerinde fark hem sıcaklık hem de nem için saptanamamıştır. Her üç senaryo için dolu depoda, yapılan menfez kanal açısı modelleme değerlendirmelerinde ise sıcaklıklar arasındaki fark 0.01 ile 0.04 arasında değişirken, bağıl nem değerleri arasındaki fark %0.07 ile %0.29 arasında değişkenlik göstermiştir. Dolu ve boş depolar arasında sıcaklık ve nem model değerleri arasındaki farklar azdır. Ancak dolu depo konturlarında sıcaklık ve nem bölgeleri daha belirgindir. Bu yüzden model ve ölçüm karşılaştırması dolu depoda menfez kanal açılarının 0⁰-0⁰-0⁰olduğu durum için yapılmıştır. Dolu depoda model ölçüm sıcaklık farkı 0.08⁰C olarak saptanmıştır.Model %3.82 hata ile ölçüm sonuçlarını tahmin etmiştir. Bağıl nemde ise ortalama fark % 3.82 olarak belirlenmiştir. Model %4.56 hata ile ölçüm sonuçlarını tahmin etmiştir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile geliştirilen modeller gerçekte ölçümle elde edilen değerlere çok yakındır. Bu modelin sınır şartları dikkate alınarak geliştirilecek modellerle depolarda daha homojen ortam koşulları yaratılabilir.

Anahtar kelimeler:soğuk depo sıcaklık, bağıl nem, CFD, menfez açıları

(7)

vi Abstract:

Angle of blades located inside of vents provides cold air distribution in cold storage were modelled for three scenarios. These scenarios were applied to create CFD model for empty and full cold storage. Differences between CFD models for temperature in empty cold store and relative humidity were varied from 0.01 to 0.02ôC and from 0.10% to 0.13%, respectively.Measurements and model values were compared for only 0ô-0ô-0ô. When looking at figures and the values CFD models for different angles of vents at empty cold store, there wasn‟t differences between different sections of the cold store for different inlet angles. According to the CFD models in full loaded cold store for three different scenarios, differences varied between 0.01 and 0.04 for temperature, 0.07% and 0.29% for relative humidity. Differences between full and empty cold store model data were small. But, it can be easily seen spatial differences on CFD models in the cold store.

Comparison of model and measurements were realised for the scenario of 0⁰-0⁰-0⁰ because of this reason Temperature differences between modle and measurements was found 0.08 ^oC. Developed CFD models estimated measurements with 3.82%

error.Mean differences was claculated as 3.82 for relative humidity. CFD Model estimated measurements with 4.56% error. Developed CFD models were too close to measured data for temperature and relative humidity.

Keywords: cold store, temperature, relative humidity, CFD, ventilation channels

(8)

1 1. GĠRĠġ

Bu araştırmada Çillerli bir soğuk hava deposunda menfez levhalarının kanal açıları farklı açılara ayarlanarak modellenmiş ve dolu depo için en uygun menfez yönü seçilmeye çalışılmıştır. Seçilen menfez açısı ile soğuk hava deposunda daha homojen hava dağılımı sağlanmaya çalışılmıştır. Bunun için emme ve basma menfezlerine sahip bir soğuk depo kullanılarak menfezlerin tasarımında hava dağılımını en ideal kılan kanat konumları seçilmiş soğuk depoda istenilen sıcaklık ve bağıl nem dağılımı modeller üzerinde belirlenmeye çalışılmıştır. Boş depo için yapılan modellemelerde sonuçlar birbirine benzer özellikler gösterdiği için dolu depo için sıcaklık ve nem modellemeleri yapılmış ve menfez kanal açıları ile karşılaştırılmıştır. Böylece en uygun menfez açısıyla dolu depoda ortam koşullarının homojenliği belirlenmeye çalışılmıştır.

Projenin Önemi:

Tarımsal ürünlerin saklanması amacıyla kurulan soğuk hava depolarındaki nem ve sıcaklık dağılımının homojen hale getirilebilmesi için kullanılan emme ve basma menfezlerinin yönlerinin belirlenmesi oldukça önemlidir. Ürünlerin daha uzun sürelerle ekonomik olarak saklanabilmesi için ortam koşullarının istenilen değerlerde olması istenir. Soğuk depo üzerinde yapılan çalışmalar hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizlerini (CFD) kapsamaktadır. Elde edilen sonuçlar önceki çalışmalardan elde edilen deneysel verilerle karşılaştırılarak sağlama yapılmıştır.

Hesaplamalı yöntemler ile elde edilen ayrıntılı sonuçlar, yönlendirilen menfezlerin sıcaklık ve nem dağılımı açısından etkilerini belirlemede kullanılmıştır. Çalışma sonucunda, soğuk depolama performansını etkileyen sıcaklık ve nem dağılımının menfez tasarımı üzerindeki etkileri ortaya konulmakla beraber, ekonomik bir tasarım aracı olan Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği yöntemlerinin menfez tasarımında da kullanımını değerlendirme olanağı sağlamıştır.

Ayrıca daha homojen ortam koşulları depolama sırasında tarımsal ürün kayıplarının en aza indirilmesini de etkileyecektir. Bu tarımsal üretimin ekonomideki payının halen önemli olduğu Ülkemiz içinde dikkate değer bir katkı olacaktır.

Bu projede; emme ve basma menfezlerine sahip çillerli bir soğuk hava deposunda hava akımının yayılmasını en iyi şekilde sağlayacak menfezkanat açılarıFita Teknik (2015) kataloğunda en iyi kanat konumları olan 0⁰, 22.5⁰ ve 45⁰„ye göre farklı senaryolarda düşünülerek modellenmiştir. Dolu soğuk depoda en uygun menfez açıları depo içerisinde hava dağılımları göz önünde bulundurularak modeller üzerinden seçilmiştir. Böylece imalat gerçekleştirilmeden bir soğuk depoda menfez kanat açıları ayarlanabilecek ve depo içerisinde sıcaklık ve nem açısından daha homojen hava dağılımı sağlanmaya çalışılacaktır. Ayrıca depo koşullarının homojen hale getirilmesi depolanan ürünlerin kalite kriterlerini ve depolama ömürlerini arttıracaktır.

Araştırmada kullanılan deponun hacmi 60m³olup soğutma kapasitesi ise 15 kW‟tır. Havanın istenilen sıcaklık değerine getirilebilmesi için dışarıda hava şartlandırma ünitesi kullanılmıştır. Hava şartlandırıcının soğutucu batarya kapasitesi 10 kW‟tır. İstenilen koşullara getirilen hava depo içine aksiyal tip bir vantilatör kullanılarak bir hava kanalı aracılığı ile üflenmektedir. Kanala bağlı basma menfezleri yardımıyla soğuk hava depo içine yönlendirilirken basma menfezlerinin karşı tarafında bulunan emme menfezleri tarafından da dolaşım havası emilmektedir.

(9)

2 Sistem kapalı bir çevrim olarak çalışmaktadır. Depo içinde havanın nispeten daha homojen olarak dağıtılması sağlanmaktadır.

Soğuk depo içerisine hava, depo tavanında bulunan menfezler tarafından üflenmekte yine menfezler tarafından emilmektedir. Bu menfezler Şekil 1‟de görüldüğü gibi havayı tabana dik olarak üflemekte ve emmektedir. Dolayısıyla hava tabana çarptıktan sonra depo içine yayılmaktadır. Buda homojen bir hava dağılımı sağlamamaktadır. Depoda homojen hava dağılımı, istenilen sıcaklık ve nemi deponun yaklaşık her yerinde aynı değerde ölçmek anlamına gelmektir.

29.04.2013 Sayfa 31/35

F.01.20-0 Soğutma Odası Analiz Raporu

Rev. No: Ticari Gizli

Hız Dağılımı

ġekil 1. Soğuk depoda menfezlerden çıkan havanın yönü

Menfezlerin tasarımında hava dağılımını en ideal kılan kanat konumları seçilerek soğuk depoda istenilen sıcaklık ve bağıl nem dağılımı amaçlanmaktadır.

Böylece modelleme aşamasında yapılan menfez yönüne göre ortam koşullarındaki değişimler imalat gerçekleştirilmeden saptanabilecektir. Ayrıca depo koşullarının homojen hale getirilmesi depolanan ürünlerin kalite kriterlerini ve depolama ömürlerini arttıracaktır.

Bu projede; çillerli bir soğuk hava deposunda hava akımının yayılmasını en iyi şekilde sağlayacak kanat konumları seçilmiştir. Fita Teknik (2015) kataloğunda en iyi kanat konumları 0⁰, 22.5⁰ ve 45⁰„ye göre menfez açıları seçilmiş ve soğuk hava deposunda daha homojen hava dağılımı sağlanmaya çalışılmıştır.

(10)

3 2.ÖNCEKĠ ÇALIġMALAR

2.1. Hesaplamalı akıĢkanlar dinamiği (CFD) ile ilgili literatürler

Modelleme, gerçeğe benzer görüntüler yaratmaktır. Birçok endüstri dalında bir ürünün performansının daha ürün tasarım sürecindeyken bilinmesi oldukça önemlidir. Böylece ürünün artan performans isteklerini karşılayıp karşılamadığı daha tasarı aşamasında görülebilir, probleme sebep olan etkenler bu aşamada ortadan kaldırılabilir ve optimize edilmiş ürün piyasaya sürülerek ürünün rekabet gücünü ve müşteri memnuniyetini artırma imkanına sahip olunabilir (Açıkgöz ve Ark, 2007).

Sevilgen ve Kılıç(2007)‟ye göre CFD, kâğıt üzerinde çözümü haftalarca sürebilecek akışkanlar mekaniği problemlerinin çeşitli nümerik ve meşleme metotları ile bilgisayara çözdürülme işlemidir. Günümüzde CFD (Hesaplamalı Akışkan Dinamiği) artan bir hızla gelişmektedir. Karmaşık HVAC sistemlerinin sayısal hesaplama yöntemlerine dayanan analiz yöntemleri, gelişen bilgisayar teknolojileri yardımıyla araştırmacılar için yeterli hassasiyette ve kabul edilebilir sonuçlara ulaştığı bir duruma doğru hızla ilerlemektedir. Kapalı ortamlarda, akış analizi, ısı ve kütle transferinin dikkate alındığı birleşik hesaplamalı modeller kullanılmıştır.

Bir soğuk oda içindeki hava akışı CFD (computationalfluiddynamics) kullanılarak araştırılmıştır. Hava akışı modeli daimi ve sıkıştırılamaz olarak kabullenilen koşullara göre yapılmış vetürbülans k-ε modeli kullanılarak dikkate alınmıştır. Soğutucu ünitenin zorlanmış hava sirkülasyonuevaporator hava kanalının ve fanın karakteristikleri ilişkili yaklaşık bir gövde kuvveti ve direnci ile uyumlu olarak modellenmiştir. Modelin geçerliliği hesaplanan zaman-ortalama hız değerlerinin her yönde ölçülen sensör değerleri ile karşılaştırılmasıyla yapılmıştır(Hoang ve ark, 2000).

Nahorve ark (2005), geçici bir üç boyutlu CFD modeli mevcut bir soğuk oda için, boş ve dolu koşullarda, hız, sıcaklık ve nem dağılımını hesaplamak için geliştirilmişlerdir. Fan ve soğutucunun dinamik davranışı modellenmiştir. Model, standart duvar profilleri ile standart k-3 modelinin ortalamaları ile oluşturulan türbülansı dikkate almaktadır. Modelin geçerliliği hava hızı, hava ve ürün sıcaklığının ortalamaları ile test edilmiştir. Boş soğuk odada hız değerleri için ortalama % 22‟lik doğruluk elde edilmiştir ve model tahminleri beklenenden daha iyi bir sonuç vermiştir. Dolu odada hız değerleri için doğruluk değeri % 20 olmuştur.

Model hava ve ürün sıcaklığını kabul edilebilir bir doğrulukta tahmin etmiştir.

Kim ve ark (2007) sislemeli soğutma sistemi olan seralarda hava sıcaklığı ve bağıl nemin dağılımını simule etmek için FLUENT programını kullanarak bir CFD modeli geliştirmişlerdir.

Geliştirilen modelin geçerliliğini bitki olmayan sislemeli soğutmalı bir seradan alınan verileri kullanarak test etmişlerdir. Ölçülen ve simlasyonla elde edilen hava sıcaklığı değerleri . 0.1 to1.4ºC arasında, bağıl nemler arasındaki farklılık %0.3*%6.0 arasında değişmiştir.

Geçerliliği test edilen model sislemeli soğutma sisteminin tasarımının değerlendirilmesi için kullanılmıştır. Optimum sistem tasarımı soğutma verimliliğinin, hava sıcaklığı ve bağıl nemin üniform olarak dağıtılmasını sağlayacak biçimde saptanmıştır.

2.2.Ortam koĢulları ile ilgili literatürler

Meyvelerin depolama zamanı boyunca istemiş oldukları sıcaklık meyvelerin türüne ve çeşide göre değişmekte ve bu sıcaklık genelde –1.5 ile +10°C arasında yer almaktadır. Depo sıcaklık derecesi kadar önemli bir faktörde bu sıcaklığın değişme aralığıdır. Depo derecesindeki sapmalar ±1⁰C‟den daha az olmalıdır. Depo sıcaklık derecesindeki sapmaların yüksek olmasının en büyük sakıncası, depo nemini etkilemesidir. Bu yüzden yüksek bağıl nemin bulunduğu depolarda bu durum

(11)

4 çok önem kazanmıştır. Nitekim böyle depolarda, sıcaklık derecesinin hafif düşmesi, bağıl nemin yükselmesine ve çiğlenmeye neden olmuştur. Ürün yüzeyinde oluşan çiğ damlacıkları, çeşitli enfeksiyonlara ortam oluşturmuştur. Buna karşın sapma nedeniyle depo sıcaklığının yükselmesi, bağıl nem oranının düşmesine, dolayısı ile terleme hızının artarak ürünün su kaybetmesine neden olmuştur. Depo sıcaklık derecesinde 1⁰C artış, bağıl nemin yaklaşık %6 oranında düşmesine yol açmıştır (Cemeroğlu ve ark, 2001). İşte bu nedenlerle, depo içerisinde sıcaklık derecesi ve bağıl nemin kontrol edilmesi ve düzenlenmesi gerekmektedir.

Paletli kargoların tamamında sıcaklık farklılıklarının azaltılması amacıyla soğutulan araçlarda hava dağılım sistemlerini optimize etmek ve iyileştirmeyi amaçlayan bir çalışma Moureha ve Flick (2004) tarafından yapılmıştır. Denemeler soğutucu araçların (1:3:3) oranında küçültülmüş bir modelinde gerçekleştirilmiştir.

Vantilasyon ve sıcaklık homojenliği ile ilgili performans hava kanallı ve hava kanalsız bir sistemle karakterize edilmiştir. Bu iki sistemde soğutucu siteme sahip kamyonlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Hava akışının sayısal modellemesi Hesaplamalı Akışkan Modeli (ComputationalFluid Dynamics-CFD) ve Reynolds Gerilim Modeli (ReynoldsStress model-RSM) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. RSM kullanılarak elde edilen sonuçlara deneysel veriler ili iyi bir uyum göstermiştir.

Modelleme sonuçları ve deneysel sonuçlar borular aracılığı ile hava üflenen sistemlerde kargolar arasında sıcaklık azalmalarını açıkça göstermiştir.

Nahor ve ark (2004) dolu ve boş soğuk odada hız, sıcaklık ve nem dağılımını hesaplamak için üç boyutlu bir CFD model geliştirmişlerdir. Fanın ve soğutucunun dinamik davranışı modellenmiştir.

Hava hızı ve ürün sıcaklığı dikkate alınarak modelin geçerliliği test edilmiştir. İzin verilenden fazla depolama kayıpları en önemli problemlerden biridir. Bundan dolayı hava akışı, ısı transferi ve nem kayıpları sabit koşullar için akışkan dinamiği teknikleri kullanılarak ticari ölçekteki bir patates deposunda araştırılmıştır. İki boyutlu basitleştirilmiş CFD modeli soğuk hava deposundakullanılmıştır. Havanın sıcaklığı ve bağıl nemi yerine ölçülen değerler temel alınmıştır. Modelin geçerliliği ticari ölçekteki bir depo için geçerlidir ve model hava hızını % 19.5 ve sıcaklığı da % 0.5 doğrulukla tahmin edecek yetenekte bulunmuştur. (Chourasia ve Goswami, 2006).

Bayboz ve ark (2004)‟de soğuk oda havasındaki homojenliği soğuk oda havasının her kesimde aynı sıcaklıkta olması ve soğutucu ünitede karlama olayının azaltılması olarak tanımlamışlardır.Aslında küçük hacimli soğuk depolarda soğuk oda havasındaki sıcaklık homojenliği basit soğutucu ünitelerle veya paket soğutucularla sağlanabilmiştir. Ancak büyük boyutlu dolayısı ile büyük hacimli soğuk depolarda soğuk oda havasındaki sıcaklık homojenliği soğutucu ünitelere veya paket soğutuculara ilave olarak ayrı ve özel hava kanalı sistemleri ile sağlanmaya çalışılmıştır.

Doğan (2010) tarafından yapılan araştırmada havanın mahaldeki dağılımı, havanın hızı ve üfleyici (menfez) ağzının yapı şekline bağlı olduğu belirtilmiştir. İyi bir hava dağıtımı sağlamak için hava dağıtım etkenlerinin (havanın hızı, basıncı, sıcaklığı, v.s.) iyi belirlenmesi gerektiğini ve hava dağıtım elemanlarının işe başlamadan doğru seçilmesinin de iyi bir hava dağıtımı için önemli olduğu vurgulanmıştır.

Kanat ayarları havalandırılması istenen mahalin içinde hava akımının yayılmasını en uygun şekilde sağlayan kanat konumlarına göre seçilmiştir. Bu konumlar; 0º konumu, 22,5º konumu ve 45º konumudur. Kanat açıları 0º konumunda iken kanatlar hava akışına engel olmayacağı için atış mesafesi maksimum statik basınç ise minumum olmuştur. Kanat açıları 22,5º iken hava ortama açılı olarak gireceği için hava yayılması 0º konumuna göre artmıştır. Atış mesafesi bir miktar düşerken statik

(12)

5 basınç bir miktar artmıştır. Kanat açıları 45º konumunda ise hava yayılması maksimum düzeye erişmiştir. Bu yüzden atış mesafesi minumum düzeye inmiş statik basınç ise maksimum düzeye çıkmıştır(Doğuş Teknik, 2015 ).

Son yılların verilerine göre Türkiye'nin toplam meyve üretimi 14 milyon 388 bin tona ulaşmıştır (Anonymous, 2013). Ürettiğimiz bu büyük miktardaki meyvelerimizi iç pazarımız açısından tüketiciye sağlıklı bir şekilde sunmak gerekir. Ancak iç pazarlarımız açısından durum beklenen düzeye ulaşmamıştır. Dış pazarda ise meyvelerimizi sattığımız ülkelerin istemiş oldukları kalite standartları nedeniyle kayıplarımız azalmıştır.

Meyve ve sebzelerde meydana gelen kayıpların evreler itibariyle incelenmesinde, hasat sırasında %4-12, taşıma sırasında %2-8, pazara hazırlık aşamasında %5-15, depolamada %3-10, tüketici evresinde %1-5 olmak üzere toplam %15-20 olduğu bildirilmiştir (Özelkök ve Kaynaş, 1991). Gelişmiş ülkelerde hasat sonrası ürün kayıpları %5-25 arasında meydana gelirken, gelişmekte olan ülkelerde bu oran %20-50 arasında değişmiştir (Kader, 1992). Ürün kayıplarının yüksek olduğu ülkemizde yüzlerce ton ürünün tüketiciye ulaşmadan çürümüş ve tarım ekonomimiz, büyük bir kayba uğramıştır (Özelkök ve ark, 1992). Ülkemizde üretilen bahçe ürünlerinin yapılan tahminlere göre yaklaşık %10-30‟u üreticiden tüketiciye ulaşıncaya kadar bozulup, atılmıştır. Yıllık elma üretimimiz düşünülürse, bu kaybın miktarı oldukça önemli bir değere ulaşmıştır (Özdemir ve ark, 2009).

Meyve ve sebze sektöründe, hasattan tüketiciye ulaşana kadarki süreçte çeşitli teknikler ile kayıp oranlarının azaltılması, dolaylı olarak tarımsal üretimimizin ve üretici gelirinin de artmasını sağlayacaktır. Bu kayıpların en az düzeye indirilmesi için, en uygun hasat zamanının yanında, soğukta muhafaza işinin de çok bilinçli yapılması gerekir. Ürünlerin muhafazası ise, birçok kez ürünlere bağlı olarak özel uygulamaları gerektirdiği gibi; her aşaması da mutlak titizlik ile takip edilmesi gereken bir diğer önemli safhayı oluşturmuştur. Bu konuda muhafaza sıcaklık ve nemi, depo içi hava hareketi, depolamada ambalaj ve istif şekli, depolama öncesi yapılan uygulamalar ürünlerin başarılı depolanmasının en önemli kriterlerini oluşturmaktadır (Eriş, 2001).

Ülkemizde meyve muhafazası için en basit olarak ambarlar, kilerler kullanıldığı gibi, mekanik soğutmalı depolar hatta “kontrollü atmosfer” depolarıda kullanılmaktadır. Bu tesislerin ancak %10'undan azında “ön soğutma” ünitesi var olup bunların çoğu da verimli çalışmamaktadır. Hâlbuki “ön soğutma” özellikle tarla sıcaklığının atılması ve böylece sıcaklığı yaklaşık 5°C'ye düşmüş meyvelerin daha çabuk 0°C veya istenen sıcaklıklara düşürülmesi yönünden fevkalade yararlı olmaktadır. Üreticilerimiz basit ambar, kiler ve benzeri adi depolar yerine iyi kaliteli ürünlerin muhafazası için mekanik soğutmalı depoları tercih etmelidir. Çünkü adi depolarda depolamanın ana öğeleri olan sıcaklık, nem ve havalandırma kontrol edilmediğinden bunlarda muhafaza edilen meyvelerde depolama ömrü kısalmış, çürümeler ve bozulmalar nedeniyle oluşan kayıplar da yüksek oranlara ulaşmıştır.

Meyve ve sebzeler yaklaşık %75-95 arasında su içerirler ve depolama aşamasında solunum hızlarına bağlı olarak su kaybetmektedirler. Su kaybeden ürünlerde pörsüme, buruşma ve buna bağlı olarak kalite kayıpları meydana gelir.

Genel bir ilke olarak meyvelerin yaklaşık %4-6, sebzelerin %3-5 oranında su kaybetmeleri onların buruşup pörsümelerinin ve ticari değerlerinin kaybolmasına neden olmaktadır. Meyveler depolama süresi içinde tür ve çeşide ve aynı zamanda deponun sıcaklık ve nem durumuna göre su kaybederek buruşma gösterebilirler.

Ufak meyvelerde ve kapasitenin altında doldurulmuş odalarda saklanan meyvelerde su kaybı yüksek olmaktadır. Ayrıca tasarım hatalarının yapıldığı soğuk odalarda

(13)

6 düşük yüzeyli soğutucular da meyvelerden fazla oranda su kaybına neden olmaktadır. Meyvelerin muhafaza edildiği odalarda nemlendiricilerle nem %90 ile

%95 arasında olmalı, depolarda ya nemlendiricilerle ya da duvar yüzeyleri ile zemin sulaması sayesinde nem oranı arttırılmalıdır. Mekanik soğutmalı depolarda etkin bir soğutmanın temini için soğutuculardaki fanların yeterli olması yanında istiflemenin durumu daha çok önem kazanmıştır. İstifleme, soğutucu tarafından üflenen havanın odanın her tarafına engelsiz bir şekilde yayılmasını sağlayacak şekilde yapılmalıdır.

Mümkünse odanın soğutucularının bulunduğu yerin karşısına gelen duvarı ile en gerideki istif arasında bir açıklık bırakmalı böylece karşı duvara çarpan soğuk havanın aşağı indirilerek en dipteki kasalardaki meyvelerin soğutması temin edilmelidir. Soğutucuların önü daima açık bırakılmalı dönüş havasının rahatça dolaşımı sağlanmalıdır (Anonymous, 2012).

(14)

7 3. MATERYAL VE YÖNTEMLER

3.1. Materyal 3.1.1.Soğuk depo

Araştırmada kullanılan soğuk oda 60m³ hacmindedir. Soğutma kapasitesi 15 kW olup genel özellikleri aşağıda verilmiştir (Şekil 2). Bu soğuk odada hava dışarıda istenilen koşullara getirilerek oda içine bir hava kanalı aracılığı ile üflenmektedir.

Menfezler yardımıyla yönlendirilen havanın oda içinde nispeten daha homojen olarak dağıtılması sağlanmaktadır. Sonuçta oda içinde daha homojen koşullarda tarımsal ürün depolanması gerçekleştirilmektedir.

ġekil 2. Panel soğuk oda

Panel soğuk odanın genel özellikleri ve soğutma sistem elemanlarının teknik özellikleri aşağıda verilmiştir.

Genel özellikler :

Oda dış ölçüleri : 4,00m x 5 m x 3,00m (h) Çalışma sıcaklıları : 0°C /+30 °C

Nem aralığı : %55 – 95 Rh Nem toleransı : ± % 5 Sıcaklık toleransı : ± 0,5 °C Sıcaklık kontrol adımları : 0,1 °C Hava şartlandırma cihazı:

Vantilatör tipi Aksiyal Hava debisi 8.000 m³/h

Soğutucu Batarya Kapasitesi 10 kw Isıtıcı Kapasitesi 5 kw

Hava Giriş 19°C %65RH Hava Çıkış 15°C %85RH Su Giriş/Çıkış 6/11°C

(15)

8 Su soğutma grubu :

Kompresör Modeli : HGX 34P/215-4S Yarı-Hermetik Pistonlu Evap-kond.sıcaklığı : 0/+40°C

Kapasite : 15 kW

Nominal Kompresör Gücü : 4,59 kW C.O.P : 3,27

Su Giriş/Çıkış Sıcaklığı :10/6°C Soğutucu akışkan : R 404a Emme ve üfleme menfezleri:

30x60 cm boyutlarında çift sıralı kanatlı hava akışı ayarlamalı parmaklıklı duvar üfleme ve emme ağızlı menfezler kullanılmıştır. Üç emme ve üç üfleme menfezi soğuk hava deposu tavanına monte edilmiştir. Üfleme menfezleri kapının üzerindeki tavan bölgesine yerleştirilirken emme menfezleri ise deponun arka duvarına denk gelen tavan bölgesine eşit aralıklarla yerleştirilmiştir. Menfezler havanın depo içerisinde dağılımını sağlamak için kullanılmıştır(Şekil 3).

ġekil 3. Üfleme ve emme menfezleri

Şekil 4‟de ise konumları değiştirilen menfez levhalarını belirtilmiştir.

Menfezlerin kanat ayarları hava akımının yayılmasını ideal kılan kanat konumlarına göre seçilmiştir.

ġekil 4. Menfez levhalarının yönleri

(16)

9 3.1.2.Sıcaklık ve nem sensörleri

Bu projede depo ortam sıcaklık ve neminin ölçülmesinde kullanılan TESTO 177-H1 ekranlı sıcaklık, nem ve çiğlenme noktası kayıt cihazıŞekil 5 „de verilmiştir.

Ölçüm aralığı bağıl nem için dahili 0...%100 RH arasında, sıcaklık için -20°C ile +70°C arasındadır(Testo, 2015).

ġekil 5. Testo 177 H1 sıcaklık ve nem ölçme sensörü 3.1.3. Nemlemdirmecihazı

Projeden satın alınanNemlendirme sistemi 2 Adet 3.5 kg/h atomizasyonnozuluna, dijital nem kontrol cihazı ve nem sensörüne sahiptir. Ayrıca otomatik kontrol panosu ve drenaj sistemi de vardır (Şekil 6).

ġekil 6. Nemlendirme sistemi 3.1.4. Hesaplamalı AkıĢkanlar Dinamiği bilgisayar programı

Araştırmada HP workstatıon 16GB(8x2GB)DDR3-1333 ECC hafızaya sahip bilgisayarda ANSYS Academic CFD programı olan FLUENT 14.0 kullanılmıştır.

(17)

10 3.2. Yöntemler

3.2.1. SıcaklıkvebağılnemdağılımınınCFD ilemodellenmesi

Hesaplamalı akış analiz süreci, geometrik modelleme, çözüm ağı oluşturma, analiz ve sonuçların değerlendirildiği son işlem aşamalarından oluşmaktadır.

Modelin gerçeğe yakın olarak hazırlanması ve hazırlanan modelin üzerinde oluşturulan çözüm ağının hassasiyeti ile elde edilen sonuçların doğruluğu orantılıdır.

Akışkanlar mekaniği problemlerinin sayısal yöntemlerle incelenmesinde, bu gereksinimleri karşılanabilir sınırlar içerisinde tutmak ve kullanılabilir sonuçlar elde edebilmek için basitten karmaşığa doğru çok aşamalı bir yol izlenir.

Bu çalışma çeşitli aşamalara bölünerekilk aşamada, soğutma odasına gelen akışkanın doğru yönlendirilebilmesi ve oda içerisinde homojen dağılımının sağlanabilmesi için 3boyutlu analizler ile menfez geometrisi tasarlanmıştır.

İkinci aşamada tasarlanmış olan menfez, oda geometrisine eklenerek analiz işleminin kolaylaştırılmasına yönelik olarak gerek geometrik gerekse fiziksel olarak basitleştirilmiş bir modelden, son aşamada ise mevcut teknik ve altyapı olanaklarının izin verdiği ölçüde saha uygulamasında karşılaşılan duruma en yakın model üzerinde analizler gerçekleştirilmiştir.

Geometrik Modelleme ve Menfez Ön Tasarımı: Soğuk depo içerisinde sirkülasyon halinde olan havanın istenilen nem ve sıcaklık değerlerinde homojen olarak dağılabilmesi için önce dolu deponun3 boyutlu modellemeleri yapılmıştır.

Depo içerisindeki ürünler sistemin çözümünü karmaşıklaştıracağı ve analiz süresini uzatacağı için kasalar halinde modellenmiştir. Dairesel yüzeylerde oluşan ısı geçişlerinin dikdörtgen kasalar üzerinden yapıldığı kabul edilerek model oluşturulmuştur. Giriş menfezlerineaçısal akış girişlerinin verilebilmesi için 50 mm uzunluğunda 3 er eşit parçaya bölünmüştür.Farklı menfez geometrilerinde çözüm ağı oluşturulmuş ve her bir analiz sonucu incelenerek homojen dağılımın sağlandığı geometri tespit edilmiştir.

Ağ oluşturma; Üç boyutlu model hazırlığından sonraki adımda hesaplamalı akışkanlar dinamiği çözümü için modelin sayısal ağı hazırlanmıştır. Bu aşamada modelin doğru şekilde çözülebilmesi için belirli sayıda sonlu hacimlere ayrıklaştırma işlemi yapılmaktadır. Modelin bazı bölgelerinde özellikle ürün kasalarının etrafında ve zeminde sınır tabaka elemanları kullanılmıştır. Ayrıca çözümün doğruluğu ve hızlanması için yarım model kullanılmıştır.

Sınır koşulları ve çözüm yöntemi;

Problemin doğru şekilde çözülebilmesi için giriş menfez kanallarına ait numaralarŞekil 7‟de renklere göre numaralandırılmış ve farklı menfez açıları için senaryolar belirlenmiştir. Gerekli türbülans modeli içinsınır şartları Tablo 1‟de,hız sınır şartı Tablo 2‟de ve diğer sınır şartları Tablo 3‟te verilmiştir.

(18)

11 ġekil 7. Üç farklı senaryo için belirlenen açı numaraları

Çizelge 1. Sınır KoĢulları

Model Y Yönüne Göre GiriĢ Açısı Sıcaklık Nem Türbülans Modeli Inlet 1 Inlet 2 Inlet 3

Senaryo 1 0⁰ 0⁰ 0⁰ 1.85⁰C 0.0037944 k-

Senaryo 2 0⁰ 0⁰ 45⁰ 1.85⁰C 0.0037944 k-

Senaryo 3 0⁰ 22,5⁰ 45⁰ 1.85⁰C 0.0037944 k-

Çizelge 2. Hız Sınır ġartı

Model Y Yönünde Hava Hızı Z Yönünde Hava Hızı

Inlet 1 Inlet 2 Inlet 3 Inlet 1 Inlet 2 Inlet 3 Senaryo 1 3.99 m/s 3.99 m/s 3.99 m/s 0.00 0 .000 0.000 Senaryo 2 3.99 m/s 3.99 m/s 2.823 m/s 0.00 0 .000 2.823 m/s Senaryo 3 3.99 m/s 3.687 m/s 2.823 m/s 3.99 m/s 1.525 m/s 2.823 m/s Çizelge 3. Diğer Sınır ġartı

Diğer Sınır KoĢulları

Sınır KoĢulu KoĢul Türü KoĢul Bilgileri

Sıcaklık Isı GeçiĢi (h) Isı Üretimi

ÇıkıĢ Basınç Çıkışı - - -

Yan Yüzeyler Isı Geçişi 15⁰C 0.3 W/m²K 0

Zemin HeatFlux 0 0 0

Tavan 15⁰C 0.3 W/m²K 0

Kasalar Isı Üretimi 15⁰C 0.3 W/m²K 0.07096 W/m²

3.2.2.Sıcaklık ve bağıl nem ölçümleri ve CFD model değerleri

Projede boş depo için modelleme yapılmıştır.Ancak boş depoda menfez açılarına göre modelleme yapıldığında sıcaklık ve nem dağılımında oldukça az bir değişim görülmüştür. Bu değişim model konturlarında farklılık yaratmamıştır.Bu nedenle menfez açılarının hava dağılımı için karşılaştırılmasında boş depo modelleri etkisiz kalmıştır. Her bir menfez açı değeri diğer açı değerleri ile yaklaşık benzer özellikler göstermiştir. Bunun nedeni ise havanın depo içinde çarpıp dağılmasına

(19)

12 neden olacak kasa veya ürün gibi bir materyalin bulunmamasıdır. Bu durum araştırma sonuçlarında ilgili başlıktaki modelleme ile ilgili şekillerden ve çizelgelerden görülebilir. Bu nedenle dolu depo göz önünde bulundurularak modelleme yapılmıştır. Ancak projede bu durum öngörülemediği için ürün bütçeyekonulamamıştır.Bu yüzden daha önce TÜBİTAK projesi kapsamında aynı koşullarda yapılan araştırmadan alınan dolu depo ölçüm değerleri kullanılmıştır.Bu nedenle araştırmada ölçüm yapılamamıştır. Sadece sıcaklık ve bağıl nem modellemeleri yapılmış, karşılaştırma ise menfez açılarının tümü 0⁰-0⁰-0⁰ olan model ve ölçüm değerleri için yapılabilmiştir. Araştırmada emme menfezlerinin açıları üç farklı senaryoya göre ayarlanarak modellenmiştir. 1. Senaryoda bütün emme menfez kanat açıları0⁰-0⁰-0^0‟ye ayarlanmış, 2.Senaryoda 0⁰-0⁰-45⁰ seçilmiş, 3.Senaryoda ise 0⁰-22,5⁰-45⁰ alınmış ve üç farklı düzlemde dolu depo için modelleme yapılmıştır.

3.2.3. Modelin geçerliliğinin test edilmesi

Fluent programında modellemeler dolu depoda belirlenenmenfezlerin açılarına göreayarlanmış,sıcaklık ve bağıl nemin dağılımı yapılmıştır. Depo içinde farklı menfez açılarına göre CFD modeller geliştirilmiş Şekil 8'de belirlenen düzlemlerden Şekil 9'da ise belirlenen noktalardan sıcaklık ve bağıl nemdeğerleri alınmıştır. Model ve ölçüm değerlerinin karşılaştırılması dolu depoda menfez açıları 0⁰ içinayarlanarak yapılmıştır.Diğer belirlenen açıların modelleme üzerinden değerleri belirlenerek ortalamaları bulunmuştur.

ġekil 8. Model ve Ölçüm düzlemleri

(20)

13 ġekil 9. Ölçüm alınan noktalar

Şekil 9‟da verilen ölçüm noktalarından alt, orta ve üst düzlemler için karşılaştırma amacıyla ölçümler yapılmıştır. Elde edilen değerlerden her düzlem için 12 adet ortalama değer hesaplanmış ve model ve ölçüm karşılaştırmalarında kullanılmıştır.

Modelin geçerliliği modelden elde edilen değerler ile sensörlerle ölçülen değerler karşılaştırılarak belirlenmiştir. Bunun için sıcaklık ve bağıl nem değerleri arasındaki fark (∆t (^oC), ∆RH(%), ∆v(ms^-1)), %fark (∆t(^oC), ∆RH(%),∆v(ms^-1)) olarak hesaplanmıştır.Ayrıca her ölçüm değeri için ortalama, minimum, maksimum, standart sapma ve varyasyon katsayısı değerleri saptanmıştır (Çizelge 4).

Çizelge 4. Model ve ölçüm değerlerinin karĢılaĢtırılma tablosu Kasa

Konumu

Ölçüm noktaları

t_ö (^oC)

t_m (^oC)



(^oC)

t (%)

RH_ö (%)

RH_m (%)

RH (%)

Üst

1 2 3

Orta

4 5 6

Alt

7 8 9 Ortalama Min.

Max.

Standart sapma

Varyasyon katsayısı (%)

(21)

14 Bu çizelgede kullanılan kısaltmaların açıklamaları aşağıda verilmiştir.

t_ö = Ölçülen sıcaklık (^oC)

t_m = CFD Modellemeden saptanan sıcaklık (^oC)

t = Ölçüm ve modelleme arasındaki sıcaklık farkı (^oC)

t(%) = Sıcaklık farkının ölçümle elde edilen değere oranı (%) RH_ö = Ölçülen bağıl nem (%)

RH_m = CFD Modellemeden saptanan bağıl nem (%)

RH = Ölçüm ve modelleme arasındaki bağıl nem farkı (%)

Ölçülen değerlerile modelden elde edilen değerler ve farkları grafikle gösterilerek karşılaştırılmıştır (Şekil 10)

ġekil 10. Modelleme ve ölçüm değerlerinin karĢılaĢtırılacağı örnek grafik Farklı menfez açıları için analizlerden elde edilen boş depo verileri birbirine yakın değerler verdiği için karşılaştırma yapılamamış ancak mevcut 0⁰-0⁰-0⁰menfez açıları için ölçüm model karşılaştırması yapılarak depo içerisindeki havanın homojen dağılımı saptanmayaçalışılmıştır.

(22)

15 4.ARAġTIRMA SONUÇLARI ve TARTIġMA

Analizini yaptığımız soğuk depoda sıcaklık ve bağıl nem dağılımı göz önünde bulundurularak mevcut bölgenin sınır koşulları, hız sınır şartı ve diğer sınır şartlarına göre Ansys programı içinde bulunan CFD analiz programı (Fluent) ile model analizi yapılmıştır. Soğuk depo içerisinde hava dağılımını sağlayan menfezlerin açıları model üzerinde değiştirilmiştir. Farklı yönlerde hava akışı sağlanarak en uygun yöndeki menfezlerle depo içerisindeki hava dağılımının homojenliği ortaya konulmuştur.

Bu projede dolu depoda menfez açıları 0⁰-0⁰-0⁰ için ayarlanarak soğuk deponun farklı düzlemlerinde sıcaklık ve nem dağılımı incelenmiş, mevcut ölçüm değerleri alınmış, daha sonra model ve ölçümdeğerleri arasındaki değişimler ortaya konmuştur. Diğer belirlenen açıların modellemesi yapılarakmodel değerlerinin ortalaması verilmiştir.

4.1. CFD Analiz Sonuçları

4.1.1. BoĢ Depo Sıcaklık ve Nem CFD Model Sonuçları 4.1.1.1. Sıcaklık için CFD model sonuçları

Y Ekseni üzerinde XZ düzlemlerinde menfez açıları 0⁰-0⁰-0⁰‟ye ayarlanarak oluşturulan sıcaklık modelleri Şekil 11, 12 ve 13‟de verilmiştir.

ġekil 11. XZ1 düzlemindeki sıcaklık dağılımı

(23)

16 ġekil 13. XZ3 düzlemindeki sıcaklık dağılımı

XZ1, XZ2 ve XZ3düzleminde sıcaklık yaklaşık 2⁰C olarak gözlemlenmiştir.

Y Ekseni üzerinde XZ düzlemlerinde menfez açıları 0⁰-0⁰-45⁰‟ye ayarlanarak oluşturulan sıcaklık modelleri Şekil 14, 15 ve 16‟da verilmiştir.

ġekil 14.XZ1. düzlemindeki sıcaklık dağılımı XZ1 düzleminde sıcaklık yaklaşık 2⁰C olarak gözlemlenmiştir.

(24)

17 XZ2 düzlemi boyunca sıcaklık yaklaşık 2⁰C olarak belirlenmiştir.

XZ3 düzleminde sıcaklık üfleme menfez kanal ağızlarında 1.85⁰C sınır şartında iken düzlemin tamamında yaklaşık 2⁰C olarak belirlenmiştir.

Y Ekseni üzerinde XZ düzlemlerinde menfez açıları 0⁰-22.5⁰-45⁰‟ye ayarlanarak oluşturulan sıcaklık modelleri Şekil 17, 18 ve 19‟da verilmiştir.

(25)

XZ1, XZ2 ve XZ3 düzleminde sıcaklık deponun bütün alanlarında yaklaşık 2⁰C olarak gözlemlenmiştir.

.

4.1.1.2.Bağılnem için CFD model sonuçları

Modellemede nem dağılımı alt ve üst düzlemlerde %100 nem olarak göründüğü için bir belirsizlik yaratmıştır. Bu yüzden nem dağılımı menfez açılarına göre sadece orta eksen (simetri ekseni) üzerindeki düzlem için modellenmiştir.

Y Ekseni üzerinde menfez açıları 0⁰-0⁰-0⁰‟ye ayarlanarak oluşturulan nem modeli şekil 20‟de verilmiştir.

ġekil 20. XZ2 düzlemindeki nem dağılımı

XZ2 düzleminde üfleme menfezinin çıkışında nem sınır değeri %87 gözlemlenirken depo düzlemi boyunca nem değeri yaklaşık %86.6 olarak belirlenmiştir.

Y Ekseninde menfez açıları 0⁰-0⁰-45⁰‟ye ayarlanarak oluşturulan nem modeli şekil 21‟de verilmiştir.

(26)

19 ġekil 21. XZ2 düzlemindeki nem dağılımı

XZ2 düzleminde üfleme menfezinin çıkışında yaklaşık %87 olarak belirlenmiştir. Düzlemin bütün bölgelerinde nem yaklaşık %87 olarak gözlenmiştir.

Şekil 22‟de menfez açıları 0⁰-22.5⁰-45⁰‟ye ayarlanarak nem modeli oluşturulmuştur.

XZ2 düzleminde orta üfleme menfez kanalı çıkışında nem yaklaşık %87 oulrken diğer bölgelerde yaklaşık %86 olarak belirlenmiştir.

4.3.Menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri

4.3.1. 0⁰-0⁰-0⁰ Menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri

Menfez açıları 0⁰-0⁰-0⁰‟ye ayarlanarak oluşturulan sıcaklık ve nem model değerleri Çizelge 5‟de verilmiştir.

(27)

20 Çizelge 5. 0⁰-0⁰-0⁰menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri

Y-DÜZLEM SEVĠYE t_m1_ort (⁰C) RH_m1_ort (%)

1 1 2,02 86,44

1 2 2,02 86,46

1 3 1,99 86,61

2 1 2,00 86,55

2 2 2,01 86,51

2 3 1,99 86,61

3 1 2,00 86,53

3 2 2,00 86,55

3 3 1,99 86,63

4 1 2,00 86,58

4 2 1,99 86,61

4 3 1,99 86,61

Ortalama 2,00 86,56

Minimum 1,99 86,44

Maksimum 2,02 86,63

Standart Sapma 0,01 0,05

Varyasyon Katsayısı (%) 0,43 0,06

0⁰-0⁰-0⁰Menfez açıları için boş depo sıcaklık ve nem model değerleri, sıcaklık sınır şartı 1.85⁰C için sıcaklık ortalamasını 2⁰C olarak, nem sınır şartı %88 için ise nem ortalamasını %86.56 olarak tahmin edebilmiştir.

4.3.2. 0⁰-0⁰-45⁰ Menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri

Menfez açıları 0⁰-0⁰-45⁰‟e ayarlanarak oluşturulan sıcaklık ve nem model değerleri Çizelge 6‟da verilmiştir.

Çizelge 6. 0⁰-0⁰-45⁰ Menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri Y-DÜZLEM SEVĠYE t_m2_ort (⁰C) RH_m2_ort (%)

1 1 2,04 86,30

1 2 2,02 86,45

1 3 1,98 86,66

2 1 2,06 86,18

2 2 2,04 86,30

2 3 1,99 86,63

3 1 2,02 86,41

3 2 2,02 86,42

3 3 1,99 86,60

4 1 2,01 86,49

4 2 2,01 86,51

4 3 1,99 86,60

Ortalama 2,01 86,46

Minimum 1,98 86,18

Maksimum 2,06 86,66

(28)

21 0⁰-0⁰-45⁰Menfez açıları için boş depo sıcaklık ve nem model değerleri, sıcaklık sınır şartı 1.85⁰C için sıcaklık ortalamasını 2.01⁰C olarak, nem sınır şartı

%88 için ise nem ortalamasını %86.46 olarak tahmin edebilmiştir.

4.3.3. 0⁰-22.5⁰-45⁰’ Menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri

Menfez açıları 0⁰-22.5⁰-45⁰‟e ayarlanarak oluşturulan sıcaklık ve nem model değerleri Çizelge 7‟de verilmiştir.

Çizelge 7. 0⁰-22.5⁰-45⁰ Menfez açıları için sıcaklık ve nem model değerleri Y-DÜZLEM SEVĠYE t_m3_ort (⁰C) RH_m3_ort

(%)

1 1 2,02 86,40

1 2 2,01 86,46

1 3 2,04 86,30

2 1 2,04 86,32

2 2 2,02 86,45

2 3 2,01 86,48

3 1 2,02 86,40

3 2 2,02 86,43

3 3 2,01 86,48

4 1 2,02 86,43

4 2 2,01 86,46

4 3 2,01 86,51

Ortalama 2,02 86,43

Minimum 2,01 86,30

Maksimum 2,04 86,51

0⁰-22.5⁰-45⁰Menfez açıları için boş depo sıcaklık ve nem model değerleri, sıcaklık sınır şartı 1.85⁰C için sıcaklık ortalamasını 2.02⁰C olarak, nem sınır şartı

%88 için ise nem ortalamasını %86.43 olarak tahmin edebilmiştir.

Sıcaklık sınır şartı 1.85⁰C‟ye göre yapılan menfez açı modellemeleri karşılaştırıldığında 0⁰ için sıcaklık ortalaması 2⁰C, 0⁰-0⁰-45⁰için 2.01⁰C ve 0⁰-22.5⁰- 45⁰için 2.02⁰C bulunmuştur. Her üç senaryo için bakıldığında aralarındaki farkın 0.01 ile 0.02 arasında değiştiği görülmektedir.

Nem sınır şartı %88 için yapılan model karşılaştırmasında 0⁰ için nem ortalaması % 86.56, 0⁰-0⁰-45⁰ için %86.46 ve 0⁰-22.5⁰-45⁰için %86.43 olarak bulunmuştur. Menfez açıları için modelleme değerlerine bakıldığında aradaki farkın

%0.10 ile %0.13 arasında değiştiği görülmektedir.

Boş depo için menfez kanal açısı modellerine ve modelleme değerlerine bakıldığında hem sıcaklık hemde nem değerleri arasındaki fark karşılaştırmaları etkileyemeyecek kadar küçük çıkmıştır. Dolayısıyla belirlenen menfez kanat açılarıyla boş depo içerisinde hava hareketini farklı şekilde yönlendirmek mümkün

(29)

22 olmayacaktır. İstenilen sıcaklık ve nem dağılımındaki homojenlikte sağlanamayacaktır.

4.4. Dolu Depo Sıcaklık ve Nem CFD Model Sonuçları 4.4.1. Dolu DepoAkım çizgileri

Verilen sınır şartlarına göre menfez açıları 0⁰-0⁰-0⁰alınarak modellenmiş olan akım çizgileri şekil 23‟de verilmiştir.

ġekil 23.0⁰-0⁰-0⁰ için Akım Çizgileri

Menfezlerden çıkan hava depo tabanına dik yaklaşık 3.86m/s hız ile hareket ederek deponun köşesinde ilk kasa sırasında hız 1.28 m/s‟ye düşerek türbülanslı bir akış oluşturmaktadır.Daha sonraki kasa sıralarında(2-3-4) hız yaklaşık 1m/s olarak gözlenmektedir (Şekil 23).

Menfez açıları 0⁰-0⁰-45⁰ için modellenmiş olan akım çizgileri ise şekil 24‟de verilmiştir.

ġekil 24. 0⁰-0⁰-45⁰ için Akım Çizgileri

Şekil 24‟de Menfezlerden çıkan hava depo tabanına yaklaşık 1.28m/s hızla hareket ederken 1. sırasında türbülanslı bir akış oluşturmaktadır. Deponun 2.3. ve 4.

kasa sıralarında hız yaklaşık 1m/s‟ye düşmektedir.

Verilen sınır şartlarına göre menfez açıları 0⁰-22,5⁰-45⁰ için modellenmiş olan akım çizgileri aşağıda verilmiştir (Şekil 25).

(30)

23 ġekil 25. 0⁰-22,5⁰-45⁰için Akım Çizgileri

Menfezlerden çıkan hava depo tabanına 1.28m/s ile 1m/s arasındaki hız ile hareket ederken havanın bir kısmı tabana çarptıktan sonra tavan bölgesinde kasaların üzerinde yaklaşık 1m/s ile hareket etmiştir. Deponun orta kısmında hava hızları 1m/s ile 1.28m/s arasında değişmiştir (Şekil 25).

4.4.2. Dolu Depo Sıcaklık ve Nem CFD Model Sonuçları 4.4.2.1. Sıcaklık için CFD model sonuçları

Y Ekseni üzerinde XZ düzlemlerinde menfez açıları 0⁰‟ye ayarlanarak oluşturulan her bir düzlemdeki sıcaklık dağılımları Şekil 26, 27 ve 28‟deverilmiştir.

ġekil26.XZ1 düzlemindekisıcaklık dağılımı

XZ1 düzleminde sıcaklık yaklaşık 1.8⁰C olarak gözlemlenirken sadece köşelerde 2⁰C olarak değişkenlik göstermiştir.

(31)

XZ2 düzleminde sıcaklık yaklaşık 2⁰C olarak gözlemlenirken basma menfezlerinin önünde yaklaşık 1.88 ⁰C olarak belirlenmiştir.

XZ3 düzleminde sıcaklık düzlemin büyük bir kısmında yaklaşık 2⁰C olarak belirlenmiş sadece basma menfezlerinin çıkışında yaklaşık 1.85 ⁰C olarak gözlenmiştir.

Y Ekseni üzerinde menfez açıları 0⁰-0⁰-45⁰‟ye ayarlanarak oluşturulan sıcaklık modelleri Şekil 29, 30 ve 31‟de verilmiştir.

ġekil 29.XZ1. düzlemindeki sıcaklık dağılımı

(32)

25 XZ1 düzleminde sıcaklık 1. ve 2. sıralarda yaklaşık1.90⁰C iken deponun ortasından itibaren yaklaşık 2⁰C olarak gözlemlenmiştir.

ġekil 30.XZ2 düzlemindeki sıcaklık dağılımı

XZ2 düzleminde sıcaklık deponun ortasında ve emme menfezlerine yakın alanlarda yaklaşık 2⁰C iken diğer alanlarda 1.90⁰C olarak belirlenmiştir.

XZ3 düzleminde sıcaklık üfleme menfezlerinin çıkışında 1.85⁰C, deponun ortasında 2⁰C ve emme menfezlerine yakın alanlarda da yaklaşık 2⁰C olarak belirlenmiştir.

Y Ekseni üzerinde menfez açıları 0⁰-22.5⁰-45⁰‟ye ayarlanarak oluşturulan sıcaklık modelleri Şekil 32, 33 ve 34‟de verilmiştir.

(33)

26 ġekil 32.XZ1 düzlemindeki sıcaklık dağılımı

XZ1 düzleminde sıcaklık deponun büyük bir kısmındayaklaşık 1.9⁰C olarak belirlenmiştir.

XZ2 düzleminde sıcaklık üfleme ve emme menfezlerinin çıkışıyla depo ortasında yaklaşık 2⁰C iken, diğer kısımlarda 1.9⁰C olarak belirlenmiştir.

(34)

27 XZ3 düzleminde sıcaklık üfleme menfezlerinin çıkışında 1.85⁰C iken, deponun büyük bir kısmında yaklaşık 1.9⁰C olarak belirlenmiştir.

4.4.2.2.Bağıl nem için CFD model sonuçları

Modellemede nem dağılımı alt ve üstdüzlemlerde %100 nem olarak göründüğü için bir belirsizlik yaratmıştır. Bu yüzden nem dağılımı menfez açılarına göre sadece orta eksen (simetri ekseni) üzerindeki düzlem için modellenmiştir.

Y Ekseni üzerinde menfez açıları 0⁰‟ye ayarlanarak oluşturulan nem modeli şekil 35‟de verilmiştir.

XZ2 düzleminde üfleme menfezinin çıkışında ve taban bölgesinde yaklaşık

%85 iken, deponun orta bölgelerinde yaklaşık %86 olarak belirlenmiştir. Ayrıca nemin depo taban ve duvarlara yakın yerlerde yaklaşık %88‟e çıktığı görülmüştür.

YEkseninde menfez açıları 0⁰-0⁰-45⁰‟ye ayarlanarak oluşturulan nem modeliŞekil 36‟da verilmiştir.

XZ2 düzleminde üfleme menfezinin çıkışında ve taban bölgesinde yaklaşık

%84 iken, deponun büyük bir bölümünde yaklaşık %85 olarak belirlenmiştir. Ayrıca nemin depo taban ve duvarlara yakın yerlerde yaklaşık %87‟e çıktığı görülmüştür.

Şekil 37‟demenfez açıları 0⁰-22.5⁰-45⁰‟ye ayarlanarak nem modelioluşturulmuştur.

(35)

28 ġekil 37. XZ2 düzlemindeki nem dağılımı

XZ2 düzleminde üfleme menfezinin verilen açı değerine göre belli bir kanal boyunca nem değeri %88 olurken deponun tamamına yakın bölümünde yaklaşık

%87 olarak belirlenmiştir.

4.5.Menfez açıları 0⁰-0^0-0⁰için sıcaklık ve nem ölçüm ve model değerleri 4.5.1. Menfez açıları 0⁰-0^0-0⁰ için sıcaklık ölçüm ve model değerleri

Y Ekseni üzerinde menfez açıları ayarlanarak oluşturulan sıcaklık ve nem model değerleri şekil10‟da verilen noktalardan alınmıştır.Senaryo 1‟deki 0⁰ için sıcaklık ölçüm ve model değerleri Çizelge 8‟de veşekil 42‟de karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmada aynı koşullar için yapılan TÜBİTAK projesindeki 4. ara rapordanalınan dolu depo ölçüm değerleri kullanılmıştır.Bütün karşılaştırmalar y ekseni boyunca ve Şekil 9‟daki düzlemlere göre yapılmıştır.

Çizelge 8. Menfez açıları 0⁰-0⁰-0⁰ için sıcaklık ölçüm ve model değerleri

Y-DÜZLEM SEVİYE t_m_ort (⁰C) t_ö_ort(⁰C) t (⁰C) %t (⁰C)

1 1 2,02 2,08 -0,06 -2,88

1 2 1,96 2,06 -0,10 -4,85

1 3 1,94 2,11 -0,17 -8,06

2 1 2,03 2,07 -0,04 -1,93

2 2 1,97 2,01 -0,04 -1,99

2 3 1,95 2,03 -0,08 -3,94

3 1 2,02 2,07 -0,05 -2,42

3 2 2,01 2,08 -0,07 -3,37

3 3 1,95 2,07 -0,12 -5,80

4 1 2,03 2,06 -0,03 -1,46

4 2 2,01 2,08 -0,07 -3,37

4 3 1,97 2,09 -0,12 -5,74

Ortalama 1,99 2,07 -0,08 -3,82

Minimum 1,94 2,01 -0,17 -8,06

Maksimum 2,11 2,11 -0,03 -1,46

Standart Sapma 0,03 0,03 0,04 1,96

Soğutma sistemi 1.85 ^oC‟de depolanan ürünleri soğutmak üzere ayarlamıştır.

Çizelge 5‟de modellemeden elde edilen değerler ile ölçümden elde eldilen değerler

(36)

29 arasındaki fark ortalama olarak 0.08⁰C olarak saptanmıştır. Model %3.82 hata ile ölçüm sonuçlarını tahmin etmiştir.

ġekil 38. Sıcaklık ölçüm, model ve aradaki farklar

Şekil 38‟de görüldüğü gibi sıcaklık ve ölçüm arasındaki farklar oldukça küçük çıkmıştır. Model %3.82 hata ile ölçüm sonuçlarını tahmin edebilmiştir.Modelin ölçüm değerlerini tahmin etme hatası oldukça iyidir.

4.5.2. 0⁰-0⁰-0⁰Menfez açısı için nem ölçüm ve model değerleri

Y Ekseni üzerinde menfez açıları ayarlanarak oluşturulan nem ölçüm ve model değerleri şekil10‟da verilen noktalardan alınmıştır. Senaryo 1‟deki 0⁰ için nem ölçüm ve model değerleri Çizelge 9‟da ve şekil 43‟de karşılaştırılmıştır.

Çizelge 9. 0⁰-0⁰-0⁰Menfez açısı için bağıl nem ölçüm ve model değerleri Y-DÜZLEM SEVİYE RH_m_ort

(%)

RH_ö_ort (%)

RH (%)

%RH (%)

1 1 87,33 83,42 3,91 4,69

1 2 87,24 84,59 2,65 3,13

1 3 87,26 83,67 3,59 4,29

2 1 87,20 83,69 3,51 4,19

2 2 87,67 83,61 4,06 4,86

2 3 87,57 83,75 3,82 4,56

3 1 87,37 83,31 4,06 4,87

3 2 87,39 83,61 3,78 4,52

3 3 87,77 83,96 3,81 4,54

4 1 87,74 83,58 4,16 4,98

4 2 87,69 83,01 4,68 5,64

4 3 87,59 83,83 3,76 4,49

Ortalama 87,49 83,67 3,82 4,56

Minimum 87,20 83,01 2,65 3,13

Maksimum 87,77 84,59 5,64 5,64

Standart sapma 0,21 0,38 0,48 0,59

Varyasyon katsayısı (%) 0,24 0,46

-0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12