Search

Dünyada enerjinin daha verimli kullanılması ve fırın üreticilerinin pazarda kendilerine yer bulabilmeleri açısından, yüksek enerji verimine sahip fırınlar üzerindeki çalışmalar gün geçtikçe artmaktadır. Bu çalışmada, ev tipi elektrikli fırınlarda enerji tüketimini azaltmak için klasik olarak kullanılan yöntemlere alternatif olabilecek bir yaklaşım geliştirilmiştir. Literatür ve patent araştırması yapılarak fırınlar hakkında bilgi toplanıp, klasik yöntemlerin fırın izolasyonuna etkisi incelenmiştir. Deneysel çalışmaya geçilmeden hem deney sayısını azaltmak hem de deney maliyetlerini en aza indirebilmek adına önce sayısal analiz çalışmaları yapılmıştır. Sayısal analiz için sonlu hacimler yöntemi esasına dayanan ticari bir kod olan Ansys-Fluent paket programı kullanılmıştır. Sayısal analizlerde toplam duvar kalınlığı ve yüksekliği sabit tutularak, plaka sayısı ve buna bağlı olarak değişen ara mesafeye göre analizler gerçekleştirilmiştir. Beş plaka ve daha fazlası ile yapılan parlak yüzeyli çok katmanlı duvar yapısının, ev tipi fırın yalıtımında yaygın olarak kullanılan taş yünü izolasyonundan %15 daha iyi olabileceği gösterilmiştir. Analiz sonuçları doğrultusunda elektrikli ev tipi fırın yalıtımında kullanılabilecek en optimum plaka sayısı olarak beş plakalı duvar yapısı belirlenmiştir. Beş plakalı fırın için deney seti kurulup, deneyler gerçekleştirilmiştir. Her deney yaklaşık üç saat sürmüş olup sayısal analizde ki gibi fırın merkezinde sabit sıcaklık yakalanmıştır. Beş plakalı fırında, her plaka için sıcaklık ölçümleri yapılıp tükettiği enerji fırının ısı kaybı olarak alınmıştır. Deneyde elde edilen sıcaklık dağılımı ve ısı kaybı sonuçları ile sayısal analizdeki sonuçlar karşılaştırılmıştır. Isı kaybı sonuçları arasındaki bağıl hata %6 olup kabul edilebilir seviyede olmuştur. Bu tez çalışması sonuçlarına göre beş plakalı duvar yapısı orta sıcaklıktaki mahallerin yalıtılmasında kullanılabilir. In order to use energy more efficiently in the world and to help furnace manufacturers attain a place in the market, studies on high energy efficient furnaces are increasing day by day. In this study, an alternative approach has been developed to reduce energy consumption in household electric furnaces.Firstly, literature and patent research have been done and information has been collected about the furnaces and the effect of classical methods on the isolation of furnaces has been examined.Before the experimental study was started, numerical analysis studies were carried out in order to decrease the number of experiments and to minimize the costs of the experiment. Ansys-Fluent, a commercial code based on the finite element method, was used for numerical analysis. In the numerical analysis, total wall thickness and wall height were kept constant and the number of plates and the distance between the plates were taken into consideration. It has been shown that the glossy surface multilayer wall structure made with five plates and more may be 15% better than the common stone wool insulation used in household furnace insulation. In accordance with the results of the analysis, the five-plate wall structure was determined as the optimum number of plates that can be used in the insulation of the electrical household oven. Experiment set was established for the five-plate oven and the experiments were carried out. Each experiment lasted for about three hours and constant temperature was obtained in the furnace center as in the numerical analysis. Temperature measurements were made for each plate in the five-plate oven and the energy consumed was taken as the heat loss of the oven. The temperature distribution and heat loss results obtained in the experiment were compared with the results of numerical analysis. The relative error between heat loss results was 6% and was acceptable. According to the results of this thesis, the five-plate wall the structure can be used to isolate medium temperature spaces. 70

06.03.2018 tarih ve 30352 sayılı Resmi gazetede yayımlanan “Yükseköğretim Kanunu İle Bazı Kanun Ve Kanun Hükmünde Kararnamelerde Değişiklik Yapılması Hakkında Kanun” ile 18.06.2018 tarihli “Lisansüstü Tezlerin Elektronik Ortamda Toplanması, Düzenlenmesi ve Erişime Açılmasına İlişkin Yönerge” gereğince tam metin erişime açılmıştır. Yolcu taşımacılığı yapan araçlarda ısıtma, sıcak haldeki motor soğutma suyunun araç içindeki ısı değiştirgeci görevi gören radyatör peteklerine gönderilmesiyle yapılmaktadır. Kullanılan sistem, motorun soğutulması sırasında elde edilen ısınmış motor soğutma suyunu kullanan bir sistem olmasına karşılık, yeterli performansı sağlayabilmesi için araç motorunun rejime girmiş (belirli bir sıcaklığa kadar ısınmış) olmasını ve aracın her bölgesine borular ve petekler ile sıcak suyun taşınmasını gerektirmektedir. Motor suyunun kış şartlarında ısınmasının çok uzun zaman alması sebebi ile özellikle dizel araçlarda kalorifer sistemine ek olarak yakıtlı ısıtıcı kullanımına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu da ısıtma sistemi devrede iken araçlarda kullanılan yakıt miktarının ve atmosfere salınan egzoz gazlarının ve bunların çevreye olan olumsuz etkilerinin artmasına sebep olmaktadır. Ayrıca günümüzde çevreci yönüyle ön plana çıkan elektrikli araçların mevcut kalorifer sistemi dikkate alındığında, bu araçlarda motor soğutma suyunu kullanan ısıtma sistemi, içten yanmalı bir motor bulunmaması sebebi ile kullanılabilir bir sistem olarak görünmemektedir. Bu nedenlerle özellikle ticari elektrikli araçların yolcu kabininin ısıtılmasında harici yakıta ihtiyaç duymayan sistemlere veya farklı ısıtma yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu ihtiyaçlar üzerine geliştirilen tez çalışmasında, belirtilen olumsuzluklar ve etkiler göz önünde bulundurularak yolcu taşımacılığı yapan taşıtların ısıtma sistemi olarak gücünü elektrik enerjisinden alan, düşük (12-48V) uygulama voltajları altında çalışabilen ve uzak kızıl ötesi ışınım özelliği sayesinde doğrudan yolcuların ve ortamda bulunan nesnelerin ısıtılmasını sağlayan yeni nesil dokuma kumaş ısıtıcıların araçların yolcu kabinininde ısıtma elemanı olarak kullanımı araştırılmıştır. Uzak kızıl ötesi ısıtma teknolojisi günümüzde saunalarda, geniş alanların ısıtmalarında ve insan sağlığına olan olumlu etkileri sebebi ile medikal alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu projeyle, medikal alan dahil birçok farklı alanda kullanımı olan uzak kızıl ötesi ısıtma teknolojisinin elektrikli araçlarda da kullanıma uygun araç kabini ısıtma sistemi olarak tasarımı ve deneyleri gerçekleştirilmiştir. Internal combustion engine based vehicles use engine coolant, passing through heating coils as a heating system. The system requires vehicle engine to be warmed up to a certain temperature in order to be able to provide enough heating performance for the vehicle cabin and the passengers. Depending on the weather conditions, warming up the engine coolant may take considerably long time and hence fuel fired heaters, especially for the cold regions are need to be added in to diesel engine cooling circuit to warm-up coolant to a required temperature. This results with an increase on the exhaust emissions left to the atmosphere. As well as an increase on the vehicle fuel consumption. Beside that, since it is almost impossible to equally distribute heating coils in to the vehicle, it is impossible to have a balanced heating performance along the vehicle and this causes different heating comfort between different locations along the vehicle.On the other hand, electric and vehicles, which are getting more and more popular at every other year, have no internal combustion engine and hence no hot coolant available to be used on heating system. Therefore, technically it is impossible to use the available technology in electric vehicles heating system.In this study, a new heating methodology for the commercial passenger vehicles is studied which is based on “Far Infrared” heating technology. Far infrared heating is already being used for many areas in daily life like; saunas, large halls, industrial areas and some medical applications due to its positive effect to human body. In this project, far infrared heating technology has been used for vehicle cabin heating which will be fully electrical and will also be an alternative solution for the electric vehicle’s heating.

Bu çalışmada basınçlı alın kaynak (flash butt welding) işlemi sonucu oluşan gazların filtrelenmesi ile toplanan atık demir tozlarının parçacık büyüklük analizi ve soğurma özelliklerinin ölçümü ile kısa ve görünür dalga boyu aralığındaki ışınım özellikleri araştırılmıştır. Tez çalışmasında kullanılan iki çelik numunenin kimyasal bileşenleri farklı olduğundan, Durum 1 ve Durum 2 olarak isimlendirilmiştir. Kaynak işlemi sonrasında numunelerin XRD (X-ray diffraction) analizlerine göre, hematit özelliklerde olduğu görülür. Parçaçık büyüklük dağılım analizi hem lazer ışınımlı parçaçık büyüklük ölçüm cihazında hem de elek analizi ile yapılmıştır. Elek analizi ile çaplarına göre ayrıştırılan hematit parçacıkları, yaklaşık 100 adet SEM (Scanning Electron Microscope) görüntüsü ile içerik, parçacık çap ve yaşlanmadan kaynaklanan oksidasyon etkileri bakımından incelenmiştir. Yaşlanma sürecinden dolayı, parçacık üzerinde oksitlenme nedeniyle çeşitli kalınlıklarda kaplamalar oluşur. Discrete Dipole yaklaşımı (DDA) ile numunelerin ışınım (soğurma, saçılma ve yok olma) özellikleri dalga boylarına, büyüklüklerine ve yansıtma indekslerine göre araştırılmıştır. Buna göre, kaynak işlemi sonrasında numunelerin soğurma özelliklerinde 0.2 – 0.5 μm dalga boyu aralığında, belirgin bir bozulma görülür. En belirgin bozulma küçük çaplı numunelerdedir. Büyük çaplı hematit parçaçıklarının yüksek soğurma değerlerine sahip olduğu tespit edilmiştir. Hematit parçaçıklarının ışınım özellikleri parçaçık büyüklüğüne ve kaplamanın içeriğine göre değişmektedir. Durum 2 numunelerinin ışınım özellikleri Durum 1`in ışınım özelliklerinden daha fazladır., The radiative properties of hematite (α-Fe2O3) samples of different particle size distributions and compositions obtained by the pressure welding procedure were investigated. Measurements were made in the ultraviolet and visible spectra, and the radiative properties of samples were assessed using the discrete dipole approximation (DDA) in the visible spectrum. In this thesis, the two samples which have different chemical properties were called as Durum 1 and Durum 2. The coating on particles due to the aging effect was examined using scanning electron microscopy (SEM) images. The samples were found to contain hematite phares in the content analysis by X-ray diffraction (XRD). The measured absorbance values of the samples displayed significant differences in the wavelength range of 200-500 nm. Among the measured absorbance of three samples with sizes of 37 μm, 63 μm and 125 μm, the most prominent change in absorbance was observed in the sample consisting of the smallest diameter (37 μm); the 125 μm samples had the highest absorbance values in the spectrum range. Both the experimental and calculated results presented in this study indicate that the absorption behaviour of hematite particles depends on the particle size and coating contents. The radiative properties of Durum 2 are higher than Durum 1.

İnsanoğlu, fosil enerji kaynaklarının giderek azaldığı, enerji maliyetlerinin arttığı ve iklim değişikliği ve çevresel kaygıların olduğu bir süreçte binalarda konfor şartlarını sağlamak için artan enerji talebiyle karşı karşıyadır. Çünkü binaların soğutma yüküne göre iklimlendirme sistemleri büyük miktarlarda enerji tüketmektedirler. Camdan geçen güneş ışınımının, soğutma yükünün önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Dolayısıyla camdan geçen güneş ışınımının doğru belirlenebilmesi, binalarda enerji tüketimi açısından son derece önemlidir. Bu çalışmada ısı kazancı olarak güneş ışınımı analiz edilmiş ve camdan geçen güneş ışınım miktarları Türkiye için hesaplanmıştır. Önce, yüzeye gelen güneş ışınım bileşenlerinin belirlenmesi için güneş ışınım hesaplama modelleri incelenmiştir. Yatay düzlem difüz ışınım hesaplama modelleri için en iyi modelin Erbs ve ark. modelinin olduğu belirlenmiştir. Difüz ışınım oranı ve berraklık indeksi arasındaki ilişki kullanılarak yatay düzlem difüz ışınım hesabı için yeni bir model önerilmiştir. Yatay düzleme gelen güneş ışınımı ölçümleri kullanılarak, farklı eğimdeki güneş ışınım bileşenleri literatürdeki güneş ışınım modelleri ile hesaplanmaktadır. Dik düzleme gelen toplam güneş ışınım miktarı, farklı güneş ışınım modelleri çaprazlanarak hesaplanmış ve 90º eğimli düzlem ölçüm verileri ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada, 90º eğimli düzlem için Bugler difüz ışınım modelinin uygun olduğu belirlenmiştir. Mahal soğutma yükünün hesaplanmasında gerekli olan Güneş Isı Kazanç Faktörü (SHGF) ve Güneş Soğutma Yükü (SCL) değerleri, güneş ışınım modelleri ve uzun yıllara ait ölçüm verileri kullanılarak Türkiye'de değişik enlemlerde yer alan 71 il için tespit edilmiştir. Ayrıca Şanlıurfa'da deneysel bir düzenek kurularak camdan geçen güneş ışınımı belirlenerek teorik sonuçlarla kıyaslanmıştır. Deneysel ölçüm değerlerinin teorik hesaplanan değerlerle uyumlu olduğu görülmüştür. Hesaplanan değerler, 40ᵒ kuzey enlemi için literatürde ASHRAE tarafından verilerin değerlerle karşılaştırılmıştır. Literatür değerlerinin ölçüm ve ölçüm sonuçlarına göre hesaplanan değerlerden önemli sapmalar gösterdiği tespit edilmiştir. Tablolarda sunulan SHGF ve SCL değerlerinin enerji ve yapı sektörü için yararlı veriler olup iklimlendirme sistemlerinin kurulum ve işletme maliyetlerini düşürmek için önemli katkılar sağlayacaktır. Mankind is faced with increased energy demand to ensure comfort conditions in buildings in the process of fossil energy sources are increasingly decreasing, energy costs are rising, and climate change and environmental concerns are on the way. Because, the air conditioning systems consume large amounts of energy according to the cooling load of the buildings. Solar radiation passing through the glass constitutes a significant part of the cooling load. Therefore, the accurate determination of the solar radiation passing through the glass is extremely important in the calculation of energy consumption in buildings. In this study, solar radiation was analyzed as heat gain and the amount of solar radiation passing through the glass was calculated for Turkey. First, solar radiation calculation models have been examined to determine the solar radiation components incident to the surface. It has been determined that the best model for horizontal plane diffuse radiation calculation is Erbs et al. model. Using a relationship between the diffuse radiation ratio and the clearness index, a new model for the horizontal plane diffuse radiation calculation is proposed. By using the solar radiation measurements incident horizontal plane, the solar radiation components at different slopes are calculated by the solar radiation models in the literature. The amount of total radiation incident to the vertical plane was calculated by intercrossing the different solar radiation models and compared with the 90 ° inclined plane measurement data. In this study, it was determined that the Bugler diffuse radiation model is suitable for the 90 ° inclined plane. The Solar Heat Gain Factor (SHGF) and Solar Cooling Load (SCL) values required for calculating the cooling load of a room have been determined for 71 provinces located in different latitudes in Turkey using solar radiation models and long year's measurement data. In addition, an experimental setup was established in Şanlıurfa and the solar radiation passing through the glass was determined and compared with the theoretical results. Experimental measurement values were found to be consistent with theoretically calculated values. Calculated values were compared with the values given by ASHRAE in the literature for 40ᵒ North latitude. It has been determined that the literature values show significant deviations from the values calculated according to measurement and measurement results. The SHGF and SCL values presented in tables are useful data for the energy and building sector and will provide significant contributions to reduce the installation and operating costs of air conditioning systems. 211

Günümüzde teknolojinin gelişmesi hızlanmaktadır, gelişen teknoloji ile birlikte günlük işlerimizi daha kolay hale getirecek ürünlerde piyasaya sürülmektedir. Bu ürünlerin teknik özellikleri de yeni teknolojiler ile birlikte gelişmektedir. Son kullanıcı tarafından yeni özellikler dikkate alınsa da aynı zamanda ürünlerin tükettikleri enerji de önemli görülmektedir. Oluşturulan tasarruf ve enerji verimliliği bilinci son zamanlarda daha çok düşük enerji tüketen ürünlerin piyasaya sürülmesi ihtiyacını doğurmuştur. Aynı zamanda gerek Avrupa Birliği yasaları gerekse sivil toplum örgütlerinin çalışmaları ile birlikte üreticiler üzerinde de ürünlerin enerji verimli hale getirilmesinde pozitif güç oluşturmaktadır. Enerji verimliliğinin artırılması başlığı altında gerçekleştirilen çalışmalar, enerji verimliliğinin etkili olduğu sistemlerde yenilikçi fikirlerin, uygulamaların ve optimizasyonların geliştirilmesi zorunluluğunu doğurmaktadır.Bu yüksek lisans tez çalışmasında ev tipi fırınlarda enerji verimliliğini arttırmak için parametreler belirlenmiştir. Bu parametrelerin enerji tüketimine etkisi deneysel çalışmalarla araştırılmıştır. Kurumsal bir yazılım olan fırın simülasyon programı ile deneysel çalışmalar karşılaştırılmıştır. Fırın simülasyon programındaki mevcut modüllerde geliştirme amaçlı çalışmalar yürütülmüştür.Tez çalışması yedi ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde çalışmaya başlama nedenleri, çalışmaların bitiminde hedeflenen sonuçlar, çalışmalarda izlenilen yöntem ve problemin kısıtları genel hatlarıyla açıklanmıştır.İkinci bölümde, söz konusu konu ile ilgili olarak gerçekleştirilen literatür araştırmaları ve çalışmanın literatüre katkısı gösterilmektedir. Yapılan literatür araştırması sonucunda daha önce yapılan çalışmaların çoğunlukla fırın enerji tüketimine etki eden parametreler ayrı ayrı olacak şekilde araştırılmıştır. Literatürde yer alan sayısal analiz çalışmalarında da tez çalışması kapsamında kullanılan simülasyona rastlanılmamıştır.Üçüncü bölümde fırın enerji tüketiminin tespit edilme yöntemi tarif edilmiştir. Enerji tüketiminin doğru ölçülmesi için gerekli kısıtlar anlatılmış ve standartta yer alan gerekli bilgiler aktarılmıştır. Dördüncü bölümde, tez çalışmasında kullanılan kurumsal bir yazılım olan fırın simülasyon programı tanıtılmıştır. Bu bölümde programın çalışma prensipleri anlatılmış ve kullanıcı arayüzü tariflenmiştir.Beşinci bölümde bu yüksek lisans çalışması çerçevesinde gerçekleştirilmiş deneysel çalışmalar yer almaktadır. Bu bölümde, test parametreleri ve parametrelere ait değerler yer almakta, bu parametrelerin enerji tüketimine etkisi belirlenmiştir.Altıncı bölümde, kurumsal bir yazılım olan fırın simülasyon programının geliştirilen modülleri anlatılmıştır ve arka planındaki matematiksel modeller aktarılmıştır.Yedinci ve son bölümde sonuçlar ve değerlendirmeler yer almaktadır. Development of technology is accelerating in todays. Product that makes easy our routine job is presented the market with developed technology. These products' technical specification is also developed with new technology. End user is considering both new technical specification and energy consumption of the product in the market. The generated energy saving and energy efficiency awareness is needed to arise recently low energy consumption products in the market. On the other hand, both Europian Union Law and civil society is working at the same purpose for decreasing of energy demand. So producers have to presented to the market energy efficient product with these positive pressure. Producers' research and development activities are focused to producing energy efficient product with new technology, innovative idea.In this study, for increasing the efficiency of domestic oven, the effective parameters were specified. The effects of these parameters on energy consumption were investigated by experimental studies. The experimental studies test results were compared with the corporate software `Domestic Oven Simulation Program`. Development activities of existing modules in Oven Simulation Program were conducted.This thesis study is composed of seven main chapters. In chapter one, motivation and aim of this study were explained in general terms as an introduction.In the second chapter, literature researches about thesis were outlined. As a result of this research were presented. After the literature research, it was noticed that, the research is generally represents the parameters that effects on energy consumption of domestic built-in oven separately. Furthermore, the oven simulation studied in this thesis was not observed in numerical analysis studies in literature.In the third chapter, the method used for determining the energy consumption of oven is described step by step. Required criteria for correct measurement of energy consumption was discussed and required information contained in the standard were shared. In the fourth chapter, the corporate software `Domestic Oven Simulation Program` was introduced. In this chapter, an operation principle of the software was described and user interface was characterized.In chapter five, experiments were done within this thesis were described. In this chapter, test parameters and values of these parameters were shown. The effects of these parameters on energy consumption were defined.In the sixth chapter, improved modules of corporate software `Domestic Oven Simulation Program` were discussed and mathematical models running behind the software were shared.In the final chapter, results of this study have been evaluated and suggestions have been proposed. 113

Bu yüksek lisans tezinde, baca, taze hava için conta açıklıkları ve nem kaynağı bulunan evsel bir fırın içerisindeki türbülanslı, daimi olmayan, ışınımla ısı transferinde bulunan akış sayısal olarak incelenmiş ve sayısal sonuçlar da deneysel sonuçlar ile doğrulanmıştır. Sayısal çalışmalar ticari Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği yazılımı olan Fluent ile yapılmış ancak problemin kompleks yapısı nedeniyle zamana bağlı sınır şartı verilebilmesi, transport denklemlerine kaynak terimi eklenmesi için C programlama dilinde UDF yani Kullanıcı Tarafından Tarif Edilen Fonksiyon yazılmıştır.Çalışmanın ilk aşamasında, kavite içerisindeki havanın nemine bağlı olarak farklı iki ışınım modeli (Radiosity-Irradiosity ve Discrete Ordinates) denenmiş ve sonuçları karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlar ile doğrulanan bu sayısal sonuçlar temel alınarak, ileriki aşamalarda çalışmalarda ışınım modellenmiştir. Sonraki aşamada ise, kavite içerisinde bir nem kaynağı bulunmadığı durum için sayısal çalışmalar gerçekleştirilmiş, deneyler ile doğrulanmış ve kavite içerisindeki akış detaylıca incelenmiştir. Nem kaynağı olmadan yapılan bu çalışmalar, nem kaynağı olan çalışmalara hazırlık çalışması olmuş olup ayrıca kavite içerisindeki momentum ve ısı transferini iyileştirmek için sunulmuş bazı önerilere ilk adım olmuştur.Üçüncü aşamada da, nem kaynağının bulunduğu durum için sayısal çalışmalar yapılmış. Enerji ve su buharı transport denklemlerine de kaynak terimleri eklenerek akış modellenmiştir. Bu tez çalışmasının son aşamasında da evsel fırının pişirme performansının iyileştirilmesi için düşük yayma oranlı yüzeyler kullanılmıştır. Sayısal sonuçlarda görülen iyileştirme deneysel olarak da gözlemlenmiştir. In this M.Sc. thesis, non-stationary, turbulent flow interacting with radiative heat transfer in a domestic oven with chimney and gasket openings has been numerically investigated. Numerical results have been validated by experimental results.Numerical studies have been performed by the commercial Computational Fluid Dynamics programme Fluent but due to the complexity of problem, UDF's in C programming language have been written to define transient boundary conditions and source terms to transport equations.The first part of study covers a comparative study based on the mass fraction of water wapour in cavity has been carried out for two different radiation models. In further studies, modeling of radiation has been conducted by taking the consideration of these results which are validated by experiments.In the next part of the study, numerical studies have been performed for the case of without moisture source. Numerical results have been validated and the flow within the cavity has been investigated in details. The numerical studies for the case without moisture source provided a basis for the studies with moisture source and enhancement proposals for energy efficieny in cavity.In the third part, source terms have been added to energy equation and species transport equation by the means of UDFs and numerical studies have been performed for the case with moisture source.At the final stage, in order to improve the baking performance of domestic oven, low emissivity surfaces have bene used. The enhancement provided by numerical studies have also been observed by experiments. 107

Literatürde üzerinde çok fazla çalışma yapılmayan bir konu olan ışınımla ısı geçişi, bilhassa yüksek sıcaklıklara çıkıldığında baskın bir mekanizma haline gelmekle birlikte, özellikle enerji verimliliğinin azaltılması açısından önemli bir bileşen durumundadır. Bu çalışma kapsamında, kapalı hacimler içerisindeki ışınımla ısı geçişi hakkında yapılan teorik arka plan araştırması ışığında geliştirilen modeller uygulama alanı olan ev tipi ankastre fırınlar üzerinde incelenmiştir. Tez çalışmasının ilk bölümünü oluşturan giriş bölümü boyunca ışınımla ısı geçişini oluşturan temel kavramlar tanıtılmıştır. Yüzey ışınımıyla ilgili olarak sunulan kavramsallaştırmalar ideal yüzeyleri tanımlamakta kullanılan siyah cisimleri tarif ettikten sonra, gerçek (gri) yüzeyler üzerinde durmuştur. Gri yüzeyler arasındaki yüzey ışınımını çözümlemekte kullanılan yöntemlerden bazıları sıralandıktan sonra, gaz ışınımı mekanizması ile ilgili temellerden bahsedilmiştir.İkinci bölümde ise çalışmaların yürütüldüğü laboratuar olan `Yüksek Sıcaklıkta Isı Geçişi Laboratuarı? bünyesinde yürütülen 111M048 numaralı TÜBİTAK 1001 projesi kapsamında yapılan çalışmalarla eş zamanlı olarak yürütülen tez çalışması esnasında ele alınan uygulama olan ev tipi ankastre fırının standart hale getirilmiş enerji tüketim deneylerinin yapıldığı tesisat tanıtılmıştır. Bölümü takiben, mevcut ev tipi fırın üzerinde yüzey ışınımı etkinliği incelenmiştir. Yapılan inceleme ilk olarak fırının boş olması durumunda, sonrasında ise standart deneylerde yiyeceği modelleyen tuğlalı hal için sunulmuştur. Bu incelemeler mevcut fırında yapılacak iyileştirmeler için zemin oluşturmaktadır. İlerleyen iki alt başlık kapsamında ışınımla ısı geçişini doğrudan etkileyen iki parametre olan şekil faktörü ve yayma oranı incelenmiştir. Şekil faktörü incelemeleri esnasında ilk olarak kavite hacmi üzerinde değişiklik yapılmış fırın ele alınmış ve enerji tüketimi değerleri ile ışınımla ısı geçişi performansı ilişkilendirilmiştir. Sonrasında ise, standart deneylerde merkezde yer alan tuğla farklı pozisyonlara yerleştirilerek sıcak yüzeyler ile yük arasındaki etkileşim mercek altına tutulmuştur. Yayma oranı ile ilgili olarak yapılan çalışmalar ilk olarak literatürde de üzerinde sıkça durulan `düşük yayma katsayılı fırın? üzerinde yoğunlaşmıştır. Destekçi kuruluş tarafından temin edilen bir prototip üzerinde yapılan incelemeler göstermiştir ki düşük yayma oranına sahip fırın yüzey sıcaklıklarını düşürmekte ve dolayısıyla ısıl kayıpların önüne geçmektedir. Bu bölümde yapılan incelemeler ışığında elde edilen sonuçlar bir sonraki bölümde düşük yayma katsayılı fırın tasarımına eleştirel olarak bakılmasının önünü açmıştır. Yapılan analizler sonucunda ışınım yayan yüzeylerin yüksek, ışınım toplayan yüzeylerin ise düşük yayma katsayısına sahip olduğu hibrid tasarımların performansı artıracağı öngörülmüştür. Yapılan öngörüler tasarlanan deney düzeneğinde test edilmiş ve öngörülerle paralel sonuçlar elde edilmiştir.Tez çalışmasının son bölümünde ise içeriğinde su buharı bulunduran bir ortam olan kavite hacmi içerisindeki gaz ışınımı mekanizmasının etkileri üzerinde durulmuştur. İlk olarak ortalama yayma katsayısını belirleyen mühendislik yaklaşımı sayesinde fırın içerisindeki gaz ışınımının mertebesi ortaya konmuştur. Elde edilen sonuçlar bu mertebenin hiç de azımsanamayacak düzeyde olduğunu göstermektedir. Son olarak ise, gaz ışınımı mekanizmasını göz önüne alan bir sayısal model olan Discrete Ordinates (DO) yöntemi ile yüzey ışınımını gözeten Surface to Surface (S2S) sayısal modelleri nemli hava içeren bir kapalı hacim içerindeki doğal taşınımın modellenmesinde kullanılmış ve elde edilen sonuçlar arasında karşılaştırmaya gidilmiştir. Radiation heat transfer, eventhough is not a popular subject in literature, is a dominant heat transfer mechanism especially in high temperatures thereby improving energy efficiency. In this study, models provided by theorical background on radiation heat transfer in enclosures applied on household built-in ovens.In the firt section of the thesis, the main concepts that constitute radiation heat transfer is introduced. Surface radiation has been divided into to sections: at first idealized surfaces that called `black body? than the real ones (gray surfaces). Here, the methods that are used to solve surface radiation between gray surfaces before mentioning fundamentals about gas radiation. The second section is referred to the application of the study and the experimental setup in `High Temperature Heat Transfer Laboratuary? that the studies carried with the 1001 project 111M048 supported by TUBITAK. Afterwards, the surface radiation in the original oven is investigated. At first, the cavity set empty, than the brick is been placed in the center to be studied to provide the basis for improvements. In the following two subtitle, the radiation exchange factor and emissivity are determined as parameters. At first, the prototype that the size of the cavity is changed is investigated to determine the effect of exchange factor relationship. Moreover, the standart position of the test brick is set to different locations to link energy consumption of the oven and position of the brick. As it is noticed that the energy resources of our planet is alarming, the researches have started to give their attention to decrease the consumptions. For that purpose, the household appliances are one of the important field to focus. Thanks to these studies, the efficiency levels are improving. During 90?s the energy efficiency of a domestic oven was in approximetely 12-13%, nowadays the levels are lift up to 25%. Nevertheless, the standardization of the energy consumption experiments has become to be identified more detailed by the commities. European Committee for Electrotechnical Standardization (CELENEC) has announced in 1996 and, give its final version in 2005 as EN 50304 for the energy consumption experiments for domestic ovens.The complexity of analytical solution of radiation problems have pave the way for numerical solutions beside them. Radiosity Irradiosity Method (RIM), Discrete Transfer Method (DTM), Discrete Ordinate Method (DOM), Finite Volume Method and Monte Carlo Method are some of the most popular numerical methods in radiation problems. Monte Carlo Method, which is used in this study, is a statistical method that models a physical problem. Markhov chain and random numbers set a base for this method which gives rapid results. Monte Carlo aprroach has been adapted to radiation problems by Howell . These models have been used oftenly in industrial cases. These studies and a large literature summary are present in. On the other hand, numerical studies in domestic ovens have been conducted by various studies including the effects of radiation in addition to natural convection.In the present work, such an analysis including the effects of radiation and convection in domestic ovens has been performed by the means of S2S radiation model and k-epsilon turbulence model. Three different enclosure models have been designed in a built-in oven in order to improve the efficiency of radiation. The main goal was to improve efficiency by improving the contribution of view factor effect. The experimental study has been carried out in order to compare the models from the view points of energy consumption and cooking time. By the way, the computational study focused on the mechanism of heat transfer in cavity.During the study on the emissivity of the oven the concept `low emissivity oven? examined at first. The studies carried on a prototype supplied by supporter firm that showing reducing emissivity reduces temperature gradient thus decreasing heat loses. The results obtained by this section pave the way for a critical view on the concept. Therefore, it has been stated as a projection that the emitter plates should be high and collector plates should have low emissivity. The projection has been validated by experimental results that the energy consumption can be reduced so.Finally, in the last section of the thesis, the effect of moist air in the cavity on the gas radiation mechanism is being searched. Firstly, by the view of engineering aspect the order of the gas radiation in the oven is stated. Results have shown that gas radiation cannot be neglected. Secondly, two different numerical models one considering gas radiation (Disrete Ordinates) the other only surface radiation (S2S) are compared for a cavity that filled with moist air. Due to many engineering applications, like ovens, combustion chambers, condensers etc. there are many researches devoted to coupled heat and mass transfer in enclosures. For high temperature applications, radiative heat transfer should be taken into account hence there are also some paper covered heat/mass transfer with radiation. However, it is possible to claim that radiative heat transfer plays a non-negligible role in heat transfer even in very low temperature differences .In addition to computational studies, including radiative heat transfer or not, it is also an important factor that whether radiation is treated as a surface phenomenon or a whole-domain phenomenon. A numerical study on this issue has shown that it is possible to obtain completely different results by using different treatments. Therefore, for the ones who are willing to conduct a numerical study on the radiation phenomena, it is vital to determine which type of treatment would be sufficient to obtain an agreement between experimental and numerical results. Briefly the object of this study is to investigate the coupled heat/mass transfer with radiation in an enclosure and proposing a limitation for participating medium assumption with a comparative study on two radiation models. In this study, the governing equations are solved by means of finite-volume approach with a commercial CFD program (FLUENT). All equations are temporally discretized by first order implicit time integration method. An implicit scheme may provide unconditionally stable numerical solution, however the time-steps are selected under the consideration of turbulent temporal scales. Previous studies in turbulent buoyant flows in enclosures have shown that under convenient discretization methods and grid resolutions, it is possible to obtain satiSfying numerical results which are on agreement with experimental results. Therefore, realizable k-? turbulence model is chosen for the modeling of turbulence. Convective terms of transport equations are discretized by upwind scheme whereas the diffusion terms are discretized by standard central differencing. Velocity and pressure are coupled by the means of SIMPLE method. Ideal gas formulation has been used for the variation of density.For modeling of radiation, two different models have been used. One of them is well-known Radiosity - Irradiosity Method (RIM) which can be used to account radiation exchange in an enclosure with gray surfaces. Radiation exchange with surfaces is accounted by a geometric function ?view factor? which can be determined by a ray tracing or a hemicube method. In this study, RIM method has been implemented on the basis of view factors calculated by ray tracing method. However, when the medium is participating, RIM model, which treats radiation as a surface phenomena, fails to provide a numerical result that would be validated by experimental results. Therefore, Discrete Ordinates Method (DO) which considers the fluid within the cavity as radiation exchanging domain. RTE is solved by means of finite volume techniques. RTE can be solved by using finite volume discretizations not only for structured meshes but also for unstructured meshes. In this study, radiation intensity field is obtained on a structured mesh. 103

2 renkli pirometre, temassız sıcaklık tespitinde kullanılan, radyasyon, optik yasalarına ve cisimlerin yayınırlık katsayılarına dayanan optik bir ölçüm cihazı olup hedef objenin yüzeyinden iki farklı dalga boyunda ölçülen monokromatik ışınım sinyallerinin oranı yardımı ile sıcaklık ölçümü gerçekleştirilmesi temeline dayanır. Gazlaştırma ve yanma işlemlerinde pirometre kullanımı, hareket halinde küçük objeleri ölçebilme kabiliyetinden ötürü oldukça yaygındır. Hareket halinde veya durgun katı yakıt parçacıklarının tek tek yüzey sıcaklıklarının ölçülüp, pirometrik yarıçaplarının (sabit yayınırlık ve küresel şekil kabulü) hesaplanması amacıyla pirometre cihazının kurulumu gerçekleştirilmiştir.Reaksiyon halindeki katı yakıt parçacığının yüzeyinden neşredilen ışınım, bir optik düzenek (lensler, optik fiber, ve filtreler) yardımı ile algılanıp filtrelenir. Dürbün prensibi ile çalışan bir optik prob aracılığı ile sinyal optik probun öbür ucuna sabitlenen optik fiber girişine odaklanır. Daha sonra optik fiber, ana ve referans olmak üzere iki kanala ayrılır. Referans kanalında sinyal, lensler yardımı ile kızılötesi dalgaboyunda çalışan foto algılayıcıya iletilir. Ana kanala ulaşan sinyalin ise bir kısmı görünen (kırmızı) dalgaboyunu hissetme yetisi olan foto algılayıcıya yansıtılırken sinyalin geri kalanı yine kızılötesi bir foto algılayıcıya yansıtılmadan iletilir. Foto algılayıcılara varmadan sinyaller filtre elemanları ile belli ve dar dalgaboylarında filtrelenir. Filtreleme sonrasında ışınım değerleri silikon foto algılayıcılarda algılanır ve elektrik sinyalleri üretilir. Bu elektrik sinyalleri çok küçük büyüklüklerde olduklarından, üretilen bu elektrik sinyalleri ölçüm kolaylığı için kuvvetlendirilir. Kuvvetlendirilen bu sinyaller analog formdan, dijital formda çevrilerek bilgisayara aktarılır. Bilgisayarda ise ölçümler Lab-view 9.0 programında geliştirilen yazılım yardımı ile sonuçlar kayıt edilir ve elde edilen veriler amaca yönelik olarak işlenir.Kurulumu tamamlandıktan sonra, uygulamaya konmadan önce pirometre cihazının kalibre edilmesi gerekmektedir. Bu sebepten pirometre cihazı siyah cisim ısı kaynağına karşı 800-1200°C arasında kalibre edilmiştir. Bu işlem 50°C artmak koşuluyla her sıcaklıkta beşer kere tekrarlanıp, kabul edilir küçüklükte sapmalarla elde edilen ortalama veriler sıcaklık tespitinde kullanılmıştır. Siyah cisim ısı kaynağı limitli sıcaklıklarda referans değerler sağladığından 1200°C üstü sıcaklıklar için kalibrasyon eğrisi Wien yasası kullanılarak ekstrapole edilmiştir. Yüksek sıcaklıklarda daha kesin veriler elde etmek adına ticari metodlar incelenmiştir. Bu tip uygulamalarda en sık kullanılan, önceden kalibre edilmiş tungsten filament lambasının üretimi durduruluğu için yeni bir yöntem geliştirme yoluna gidilmiştir.Siyah cisim kapasitesinin yetmediği yüksek sıcaklarda daha doğru sonuçlar almak adına ince bir tungsten levhanın elektriksel ısıtılmasına dayalı yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntemde enstitü dahilinde mevcut ve kullanıma hazır olan kapalı bir elektrot sisteminden yararlanılmıştır. Elektrotlar arasına yerleştirilen ince tungsten levha elektrik ile ısıtılıp yüzeyinin yüksek sıcaklıklara çıkması sağlanmıştır. İstenmeyen reaksiyonların önüne geçmek için sistem, deneyler esnasında bir inert gaz olan Argon gazı ile doldurulmuştur. Bir diğer yandan da C tipi termokapıl ile levhanın alt tarafından yüzey sıcaklığına bağlı olarak voltaj değerleri okunup, okunan bu değerlerin sıcaklık olarak karşılıkları C tipi termokapıla ait referans tablosundan elde edilmiştir. Sinyal iletim kayıplarını önlemek için de kompensazyon kablosu kullanılmıştır.Yeni geliştirilen bu yöntemin sonuçları ile siyah cisim kalibrasyon çizgileri aynı trende sahip olmalarına rağmen birbirleri ile yeterli tutarlık göstermemiştir. Bu duruma sebep olarak görüş açısı, yayınırlık katsayısı gibi faktörlerin yanında Argon gazının yarattığı soğutma etkisi ve en önemli olarak eski ve zayıf thermokapıl bağlantıları düşünülmüştür. Ayrıca uzun deney zamanlarında tungsten buharlaşması meydana gelmiştir. Bu durum levhanın kesitinin daralmasına ve aynı koşullarda farklı sonuçlar alınmasına yol açmıştır. Bu problem tungsten levhanın belirli zaman aralıklarında değiştirilmesi ile ortadan kaldırılabilmiştir. Zaman kısıtlaması olduğundan siyah cisim kalibrasyonundan ve Wien yasası ile yürütülen ektrapolasyondan elde edilen değerler ile deneyler gerçekleştirerek cihazın uygulanabilirliği, verdiği sonuçların güvenilirliği ve tutarlılığının test edilmesi amaçlanmıştır. Yeni geliştirilen metod hala geçerli bir yöntemdir. Gerekli iyileştirmeler yapılarak yöntemin daha da geliştirilmesi ve yüksek sıcaklıklarda kalibrasyon uygulamalarında kullanılması mümkündür.Deneyler enstitüye ait sürüklemeli akış yanma reaktöründe gerçekleştirilmiştir. Set sıcaklığı her zaman 1100°C olarak ayarlanmış olup yakıt olarak Caliro tipi saman taneleri kullanılmıştır. Reaktör üzerinde mevcut özel gözlem pencerelerinden pirometre ile yanmakta olan taneler izlenmiştir. Pirometrenin, taneleri rahatlıkla tanıyabilmesi için reaktör penceresinin karşının soğuk arka plan olmasına dikkat edilmiştir. Gözlenen ve yanan katı yakıt tanelerinden alınan sinyaller bilgisayar programında değerlendirilmiştir. Alınan sinyal değerleri yardımı ile, önceden elde edilen kalibrasyon eğrileri üzerinde iteratif yöntemler uygulayarak katı yakıt tanelerinin yüzey sıcaklıkları ölçülmüş, daha sonra bu ölçülen yüzey sıcaklıkları uygun denklemlerde yerine konarak tam küresel çaplı tanecik ve sabit yayınırlık kabulu ile tanelerin pirometrik boyutları hesaplanmıştır. Her foto algılayıcıya ait sinyal grafiklerinde, yanmakta olan tanenin gözlenmesi anında meydana gelen tepe noktaların zaman düzleminde yerlerini temel alan kriterler yardımı ile hatalı ölçümlerin olabildiğince aza indirgenmesi hedeflenmiştir.Pirometre cihazı ile hava/yakıt oranı, gözlem penceresi yüksekliği, reaktör filtresinin temizliği, katı yakıta sülfür ve Kaolin ilavesi gibi etkenlerin, tanelerin yüzey sıcaklıkları ve pirometrik çapları üzerindeki etkileri incelenmiştir. Hava yakıt oranı, reaktörün optimum değerine yaklaştıkça tanelerin ortalama sıcaklık dağılımında artış görünürken ortalama pirometrik çap değerleri azalmakta ve bu durum yanma işleminin iyileştiğini göstermektedir. Ayrıca farklı tarihlerde ama aynı koşullarda yapılan deney sonuçları pirometre cihazının tutarlı ve tekrarlanabilir sonuçlar sağladığını kanıtlamıştır. Gözlem penceresinin yüksekliğinin değiştirilmesi yanma işleminin farklı aşamaları hakkında fikir verirken, reaktör filtresinin temizlenmesi ile tespit edilen yanan tane sayısında artış meydana gelmiştir. Katı saman yakıtına sülfür eklenmesi önemli değişiklere yol açmazken, Kaolin ilavesi sonucu tespit edilen tanecik sayısı iki katına çıkmış, ortalama pirometrik çap büyük ölçüde azalmış ve ortalama yüzey sıcaklığı artmıştır. Bu durum pirometrenin Kaolin tanelerini de saman tanesi olarak tespit etmesi ile açıklanabilmektedir. Yapılan deneyler pirometre cihazının uygulanabilir olduğunu göstermiş ve ayrıca reaktör çalışma koşullarının daha uygun biçimde düzenlenmesine de fayda sağlamıştır.Bu proje, bazı ek çalışmalarla desteklenebilir ve geliştirilebilir. Yanma sonu gazları ve yanma öncesi saman taneciklerinin laboratuvar analizleri, sonuçların değerlendirilmesi büyük fayda sağlayacaktır. Ayrıca analog-dijital dönüştürücünün 1500-1600°C üstünde doyuma ulaşması daha yüksek sıcaklıklarda ölçüm yapılmasını mümkün kılamamaktadır. Bu sorun, foto algılayıcıların öncül sinyal büyütme oranları küçültülerek giderilebilir. Bu durumda kalibrasyon işlemi en baştan tekrarlanmalıdır. Yeni geliştirilen kalibrasyon metodu daha iyi sistem elemanları kullanılarak yüksek sıcaklıklarda güvenilir ve net veriler sağlayabilir. Pirometre, uzun deney saatleri sonucunda ısınmakta ve bu da foto algılayıcıların hassasiyetini etkileyip yanlış sonuçlar elde edilmesine yol açmaktadır. Bu etki de bir fan soğutma sistemi ilavesi ile kolaylıkla giderilebilir.Sonuç olarak pirometre kurulumu yapılmış ve siyah cisim ısı kaynağında kalibrasyonu gerçekleştirilmiştir. Daha sonra yüksek sıcaklıklarda, elde edilmiş olan kalibrasyon değerleri ekstrapole edilmiştir. Kalibre edilmiş pirometre başarılı bir şekilde uygulamaya konarak ölçümler alınmış ve bu ölçümler sonucu yanma işlemi hakkında değerli sonuçlar elde edilmiştir. Biyokütle yakıtlarının yanma kinetikleri hakkında aydınlatıcı veriler sağlamıştır. Ayrıca reaktör çalışması hakkında yardımcı bilgi sağlanarak (örn. düzensiz yakıt besleme) cihazın uygulanabilirliği kontrol edilmiştir. Bu projenin genel amacı pirometre kalibrasyonuna ek olarak cihazın güvenilirliğinin ve ölçüm sonuçlarının tekrar gerçekleştirilebilirliğinin test edilmesi olmuştur. The 2-color pyrometer is an optical measurement instrument which enables non-contact temperature detection using the ratio of monochromatic radiation signals from the object at two different wavelengths determined as visible and infrared. A built in-house instrument has been set up to obtain the surface temperature of the individual fuel particles and then calculate the pyrometric diameter (fixed emissivity, perfect spheres). The emitted radiation from the surface of reacting fuel particle is collected and filtered by an optic system (lenses, optic fibers and bandpass filters). The radiation is then detected and quantified using silicon photodiodes in main and reference channels. The electric signals are eventually amplified and sent to a computer for evaluation and post-processing after getting converted into digital form. By running iterative routines, one can determine the surface temperature of a particle with respect to calibration results obtained in advance. Then the size of a particle can be computed based on the measured surface temperature with spherical particle assumption. Thus, calibration of the instrument is required. The pyrometer was calibrated against a black body radiator and calibration curve were extrapolated for higher temperature levels (>1200°C). To increase the level of precision at elevated temperature levels, a self-design method enforcing electrical heating of a thin tungsten sheet in Argon purge was developed. As the results were not satisfying enough to acceps as valid calibration, extrapolation curves have been hence chosen to perform the measurement campaign in an entrained flow combustion reactor with various combustion conditions such as air-fuel ratio, optical port level, filter cleaning, sulfur and Kaolin addition into Caliro type straw. The instrument has been successfully tested during this campaign delivering precious information about the reacting particles and combustion kinetics being able to provide additional information about the status of the reactor (e.g. non-constant mass feeding) served the purpose of checking the applicability of the pyrometer. Aim of this work was, further to the calibration, to test and prove the reliability of the instrument and the reproducibility of the results. 111

Değişik alanlarda enerji kullanımı sürekli artmakta ve enerji giderleri yükselmektedir. Bu açıdan, enerjinin etkin ve verimli kullanımı gerekmektedir. Karşılaşılan birçok ısıl sistemde, enerjinin etkin ve verimli kullanımında ısı yalıtımı önemli rol oynamaktadır. Yalıtımın geniş bir uygulama alanı bulunmakta ve bu uygulamalarda yalıtım amacıyla kullanılan maddelerin en önemli kısmını gözenekli yalıtım maddeleri oluşturmaktadır. Yalıtım maddelerinin önemli özelliklerinden biri, efektif ısıl iletkenlik olup bunun düşük değerlerde olması istenir. Bunun için, efektif ısı iletimine etki eden parametrelerin bilinmesi ve istenen değeri sağlayacak şekilde malzeme tasarımı gerekir. Aynı zamanda, büyük ekonomik değeri olduğundan bu alan üzerinde yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmanın ilk aşamasında, gözenekli yalıtım malzemelerin efektif ısıl iletkenliğinin modellenmesi ve ölçümü detaylı olarak araştırıldı. Bu amaçla, önce literatürdeki kuramsal ve deneysel çalışmalar detaylı olarak incelendi. Bu kuramsal çalışmalarda elde edilen bağıntılar, literatürde tespit edilen ve farklı uygulamaları kapsayan bazı deneysel sonuçlar dikkate alınarak analiz edildi. Bu bağıntılar, kabul edilebilirliği, uygulanabilirlik aralığı, kullanım kolaylığı ile değişik parametrelerin etkileri açısından değerlendirildi. Belirli yapılarda ve belirli gözeneklilik aralığında, belirli bir hata toleransı ile kullanılabilecek modelleri seçmenin daha uygun olacağı sonucuna varıldı. Özellikle gözenekliliği yüksek yalıtım malzemelerinin efektif ısıl iletkenliğine etki eden taşınım, difüzyon ve ışınım etkilerini dikkate alan bir matematik model geliştirildi. Bu model, literatürden elde edilen ve bu çalışmada ölçülen deneysel sonuçlarla karşılaştırıldı. Bu çalışmanın ikinci aşamasında, gözenekli yalıtım malzemelerinde taşınım, difüzyon ve ışınımın efektif ısıl iletkenliğe etkisi deneysel olarak incelendi. Deneyler, biri standart test cihazında ve diğeri ise yalıtım uygulaması yapılan deney düzeneğinde gerçekleştirildi. Bu amaçla, cam yünü, EPS ve dokumasız kumaş türü malzemelerle emisivitesi düşük ve iletken alüminyum ve bakır malzemeler kullanılarak farklı yapı ve işletme şartlarında çalışıldı. Deneysel sonuçlardan, alüminyum ve bakır ile desteklenmiş gözenekli yalıtım malzemelerinde 20-30 oC ortalama sıcaklığının üzerinde efektif ısıl iletkenlik daha hızlı artarken daha düşük sıcaklıklarda hızlı azalma gözlendi. Yapıya bağlı olarak, 5 oC ve altı sıcaklıklarda alüminyum ve bakır ile desteklenmemiş gözenekli yalıtım malzemelerine göre efektif ısıl iletkenliklerde üçte bir oranına kadar azalma gözlenmiştir. Bu sonuçlardan, ışınımın önemli bir mekanizma olduğu ve standart davranışın dışında etkiler oluşturabildiği görülmüştür. Deneysel çalışmanın yalıtım uygulamalı test düzeneğinde, alüminyum destekli ve desteksiz iki su tenekesinin aynı şartlarda ısınma ve soğuma davranışı incelendi. Farklı işletme şartlarında yapılan deneylerden elde edilen sonuçların standart deney tesisatından elde edilen sonuçlarla paralellik gösterdiği belirlendi. Sonuçta, uygulamada bilinmeyen ancak 20 oC sıcaklıkları altında çalışılan sistemlerde yalıtım malzemesinin efektif ısıl iletkenliği önemli ölçüde düşüren bir teknik geliştirilmiştir. Bu sonuç, akademik açıdan önemli bir çalışma alanı ortaya çıkarırken endüstriyel olarak da faydalı ürün ortaya çıkarmıştır. The use of energy in the different fields is increasing continually and the expenses of energy are also increasing. From this point of view, the efficient and effective use of energy is necessary. The heat insulation plays important role on the efficient and effective use of energy in many thermal systems encountered. Insulation has a wide range of application field and a porous insulation material constitutes the most important part of materials used with the aim of insulation in these applications. The effective thermal conductivity is one of the important properties of insulation materials and it is desired to be at low values. For this purpose, the parameters affecting the effective thermal conductivity should be known and materials should be designed to provide for the required value. Also, intensive studies on this field are carried out due to major economic value. In the first chapter of this study, the modeling and measurement of the effective thermal conductivity of porous insulation materials has been examinad in detail. For this purpose, the theoretical and experimental studies in the literature have been firstly reviewed. The relations obtained from these theoretical studies have been analyzed by considering some experimental results including different applications which were determined in literature. These relations have been evaluated in terms of acceptability, applicability range, simplicity of usage and the effects of different parameters. It is concluded that choosing of models which can be used with a certain error tolerance in specific structures and specific porosity intervals would be more suitable. The mathematical model considering the effects of convection, diffusion and radiation affecting the effective thermal conductivity of especially high porous insulation materials has been developed. This model is compared with the experimental results obtained from literature and those are measured in this study. In the second chapter of this study, the effect of convection, diffusion and radiation in porous insulation materials on the effective thermal conductivity has been experimentally investigated. The experiments have been performed on the standard test apparatus and the other experiment mechanism in which an insulation application is done. For this purpose, it has been studied in different structure and operating conditions by using low emissivity and conductive aluminum and copper materials with glass wool, EPS and nonwoven fabric type materials. From experimental results, it is observed that a rapid decrease on porous insulation materials reinforced with aluminum and copper is observed on the low temperatures. However, the effective thermal conductivity is rapidly increased over the average temperature of 20-30 oC. As related to the structure, a decrease of one to three in the effective thermal conductivities is observed at 5 oC and below temperatures as to porous insulation materials unreinforced with aluminum and copper. From these results, it is seen that the radiation is a important mechanism and it can form the effects except for standard behavior. On test mechanism of experimental study with insulation application, the heating and cooling behavior of two water tinplates has been investigated on the same conditions. It is determined that the results obtained from experiments performed on the different operating conditions show parallelism by the results obtained from a standard experiment apparatus. Consequently, in systems working under the temperatures of 20 oC which is unknown in practice, a technique is developed which is significantly decreasing the effective thermal conductivity of porous material. While this result reveals an important study field from academic view, it also invents a useful industrial product.

ÖZET Bütün cisimler sıcaklıklarından dolayı elektromagnetik dalgalar şeklinde ışınım yayarlar. Yayılan ışınım maddesel ortam olmaksızın her yönde yayılır. Işınım enerjinin bir kısmı diğer bir cisme geldiğinde cisim tarafından yutulur. Net ısı akısı yüksek sıcaklıktaki cisimden düşük sıcaklıktaki cisme doğru olur. Enerjinin bu şekilde geçişi ısıl ışınım olarak adlandırılır. Bu çalışmada ısı ışınımı problemlerini çözmek için sonlu elemanlarla çözüm yapan ANSYS yazılım programı kullanılmıştır. Ele alınan problemlerin sonlu eleman modeli oluşturulmuş, gerekli olan sınır şartlan uygulanarak ısı akısı ve sıcaklık dağılımı hesaplanmıştır. İlk örnekte sıcaklıkları bilinen iki nokta arasında geçen ısı akısı hesaplanmıştır. Son iki örnek gerek yüzeyler arasında ve yüzeylerden çevreye ışınımla ısı geçişinin olduğu gerekse de ısı akısının olduğu farklı geometrilerde genel ısı ışınımı problemleri için sıcaklık değişimleri hesaplanmıştır. vıı SUMMARY Thermal radiation is one of basic mechanisms for the transfer of energy between two bodies or regions at different temperatures, the energy being conveyed by electromagnetic waves. Therefore, radiation does not require an intervening medium for the transfer of energy, as is needed for conduction and convection. A portion of this energy flux when impinging other bodies is absorbed. As a result, net energy flow occurs from a body of bigger temperature to a body having lower temperature. This mode of energy transfer is termed heatradiation[13,14]. Espanding the Stefan- Boltzmann Law to two- surface radiation equation, the heat transfer rate between two surfaces I and J is : Ql = a.el.cl}.Fl.(0l4-0s4) (1) This equation is not linear and cannot be solved using the linear equation solver. Therefore the equation is expanded as: Q!=ö:£1.ç),j.Fi.(Öi2+Öj2).(Öi+Öj).(ö,-Öj) or (2) 01=1^.(0,-0,) (3) K1 = asl.n).ct.04 (5) S,, = Kronecker delta JI 0, when J*I This equation can be used to construct a single row in the following matrix equation: such that: [C]{Q} = [D]{04} (6) each row J in /C] = cp ` - 1 J Ul *I J ^,1=1,2, N (7) Fi each row J in [D] = (ân-¥n)a,I=1,2,....N (8) solving for {q} : {qMk*]^4} (9) [K* ] = [C ?>] [D] (10) IXEquation (9) is analogous to equation (1) and can be set up for sandard matrix equation solution by the process similar to the steps shown in equation (l)tru (3). {qJ-PC'Kt} (11) [K ] now includes T terms and is calculated iteratively. To be able to include radiationeffects in elements other than LINK31, The ANSYS Program uses MATRIX50 (the substructure elements) to bring in the radiation matrix. MATRIX50 has an option that instructs yhe solution phase to calculate [K1]. The AUX12 utility is used to create the substructure matrix. AUX12 calculate the effective conductivity matrix [Kte]. The view factor, Fu, is defined as the fraction of total radiant energy that leaves surface I which arrives directly on surface J. It can be expressedby the following equation: 1,, cos/?/. cos/?,,.`. __,_..,_. ^J FiFj TC.t Two methods are available to calculate the view factors: the hidden procedure and the non - hidden procedure. The non- hidden procedure calculates a view factor for every surface to every other surface whether the view is blocked by an element or not, the following equation is used and the integration is performed adaptively. 0u=^SI v-2 Fip-Fjq (13) F! P=lq=l n.x The hidden procedure is a simplified method which uses below equation and assumes that all the variables are costant, so that the equation becomes[9]: 7ZT~ Ç'U = -J2-COSy!?I.COSyffJ (14)A space node may be defined to absorb all energy not radiated to other elements. If the model is not closed system then the user must define a space node with its appropriate boundary conditions. The ANSYS program provides three methods for radiation analysis. A brief description of two method is given below[8,10]: 1. LINK31, the radiation link element, is useful for simple problems involving radiation between two points or several pairs of points. LINK3 1 calculates heat flow caused by radiation between two points. The element requires you to specify in the form of real costant:. An effective radiation surface area. Form factor. Emissivity. The Stefan- Bolzmann constant. 2. The AUX12 radiation matrix generator is meant for more generalized radiation problems involving two or more surfaces. The method involves generating a matrix of form factors (view factors ) between radiating surfaces and using the matrix as a superelement in the thermal analysis. You also can include hidden or non- hidden surfaces, as well as a space node that can absorb radiation energy. The AUX12 analysis method consist of three steps[8]:. Define the radiating surfaces. To define the radiating surfaces, you create a superimposed mesh of LINK32 alements in 2-D (2- Dimensional) and SHELL57 elements in 3-D (3- Dimensional ) models. The orientation of the superimposed elements is important: AUX12 assumes that the viewing direction (i.e., the direction of radiation is along +Ze for SHELL57 lements and along +Ye for LINK32 elements. Therefore, you must mesh the superimposed elements in such a way that the radiation occurs from (or to) the proper face. The element orientation is controlled by the order in which the elements nodes are defined (based on the rigt- hand rule ), as shown below: XIThe findings were compared with the analitical solution for heat flow rate and temperature distribution. The error was less than 0.4 %. The comparisons of temperature distributions and heat fluxes have all shown good agreement. XlllThe findings were compared with the analitical solution for heat flow rate and temperature distribution. The error was less than 0.4 %. The comparisons of temperature distributions and heat fluxes have all shown good agreement. Xlll 49