OTO CAMLARIN TEMPERLENMESİNDE ÇARPAN HAVA JETLERİ İLE SOĞUTMANIN DENEYSEL İNCELENMESİ

Transkript

1 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Journal of the Faculty of Engineering and Arcchitecture of Gazi University Cilt 27, No 4, , 2012 Vol 27, No 4, , 2012 OTO CAMLARIN TEMPERLENMESİNDE ÇARPAN HAVA JETLERİ İLE SOĞUTMANIN DENEYSEL İNCELENMESİ Mustafa GÖLCÜ a, Hilmi YAZICI a, Mehmet AKÇAY a, Mehmet Fevzi KÖSEOĞLU b, Yakup SEKMEN c a Pamukkale Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü, DENİZLİ/TÜRKİYE b Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü, DENİZLİ/TÜRKİYE c Karabük Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Otomotiv Mühendisliği Bölümü, KARABÜK/TÜRKİYE mgolcu@pau.edu.tr, hyazici@pau.edu.tr, makcay@pau.edu.tr, mfkoseoglu@pau.edu.tr, ysekmen@yahoo.com (Geliş/Received: ; Kabul/Accepted: ) ÖZET Günümüz endüstrisinde çarpan hava jetleri, yüksek oranda ısı ve kütle transferi sağlama kapasitelerinden dolayı; ısıtma, soğutma, kurutma vb. alanlarda oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Yapılan bu çalışmada, endüstride çarpan jet uygulamasına bir örnek olan oto cam temperleme işlemi ele alınmıştır. Yumuşama noktasına kadar ısıtılan farklı ölçülerdeki camların, karşılıklı yerleştirilmiş dairesel hava jetleri ile ani olarak soğutulması işleminde meydana gelen ısı transferi karakteristikleri deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerde 4 mm kalınlığında cam numuneleri kullanılmıştır. Soğutma ünitesinde 8 mm iç çapında ve 80 mm boyunda, düz, dikişsiz, pürüzsüz alüminyum borudan yapılmış karşılıklı olarak yerleştirilmiş üçgen dizilişli toplam 16 adet nozul kullanılmıştır. Nozul-cam arasındaki mesafe olan H/D oranı 1 H/D 10, iki nozul ekseni arası mesafe olan S/D oranı 2 S/D 10 alınmış ve Reynolds sayısı Re=30000 de sabit tutulmuştur. Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre; en yüksek ortalama Nusselt değeri (Nu m ) S/D=2 de H/D=4 oranında 123,3 ve en düşük ortalama Nusselt değeri ise S/D=10 da H/D=10 oranında 58,6 olarak elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Oto cam temperleme, çarpan hava jetleri, soğutma süresi, Nusselt sayısı EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF COOLING WITH MULTIPLE AIR JETS ON AUTO GLASS TEMPERING ABSTRACT Impinging air jets due to their high heat and mass transfer capacity are widely used for heating, cooling and drying applications in nowadays industry. This study aims to investigate auto glass tempering project. Heat transfer characteristics of heated glass plates during their cooling with mutually placed circular air jets have been eperimentally investigated. 4 mm thick glass samples were used in the eperiments. Cooling process has been performed with 16 mutually placed nozzles of 8 mm in diameter and 80 mm in length in staggered arrangement. Nozzles were made of seamless aluminum pipes. Eperiments have been conducted for dimensionless jet to plate distances (H/D) between 1 and 10, and S/D ratios which represents dimensionless distance between nozzle ais, for 2 S/D 10. Reynolds number has been fied at for all eperiments. According to the results the highest average Nusselt number (Nu m ) has been achieved for S/D=2 and H/D=4 with a value and the lowest average Nusselt number was obtained for S/D=10 and H/D=10 with a value Keywords: Auto glass tempering, impingement air jets, cooling time, Nusselt number

2 M. Gölcü ve Ark. Oto Camların Temperlenmesinde Çarpan Hava Jetleri ile Soğutmanın 1. GİRİŞ (INTRODUCTION) Çarpan hava jetleri, çarpma bölgesinde oluşturdukları yüksek ısı ve kütle transferi nedeniyle, tekstil, kâğıt ve kereste kurutma, elektronik elemanları soğutma, gaz türbini kanatlarını soğutma, cam temperleme, metallerin ısıl işlemleri, gibi pek çok endüstriyel uygulamada sıklıkla kullanılmaktadır [1-4]. Çarpan jet uygulamalarından bir tanesi olan oto cam temperleme işlemi; özel fırınlarda erime noktasına yakın dereceye kadar (~700 C) ısıtılan camın, hava jetleri ile hızlı bir şekilde soğutulması esasına dayanır [5-7]. Bu işlem ile camın merkezinde çekme gerilmeleri, yüzeyinde ise basma gerilmeleri oluşturularak cama mukavemet kazandırılır [8-10]. Normal camlara göre yaklaşık olarak 4-5 kat bir mukavemet artışı meydana gelmektedir [7,8]. Sıcaklıklardaki C lik ani bir değişim normal bir camın kırılmasına neden olurken, temperlenmiş cam ise 150 ºC lik ani değişimlere kırılmadan dayanabilmektedir [9]. Ayrıca temperli camlar, kırıldıklarında küçük ve keskin köşeleri olmayan parçalara ayrılarak yaralanma riskini minimuma indirmektedirler [9,11]. Camın temper kalitesini etkileyen çok sayıda faktör olmakla birlikte bu faktörler genel olarak; camın fırında kalış süresi, ani soğutma süresi, H/D ve S/D oranları ve Reynolds sayısı (Re) şeklinde sıralanabilir. Burada H; nozul ile cam yüzeyi arasındaki mesafe, D; nozul çapı, S; iki nozul ekseni arasındaki mesafeyi ifade etmektedir. Literatürde, çarpan jetlerin ısı transferi özellikleri ile ilgili birçok çalışma mevcuttur. Bu çalışmalardan konuyla ilgili öne çıkanları şu şekilde özetlemek mümkündür; Jambunathan vd. (1992) türbülanslı çarpan jetlerinin ısı transferi özelliklerini belirlemek için yapılmış olan deneysel çalışmaları incelemişlerdir. Çalışmada, deneysel sonuçlarda farklılığa yol açan nozul geometrilerinin ayrıntıları, ölçüm teknikleri, boyutsuz değişkenlerin tanımlanma şekilleri belirtilmiştir. İncelenen veriler kullanılarak Nusselt (Nu) sayısı için bir korelasyon elde edilmiş ve bu korelasyon; Re sayısına, nozul plaka mesafesine (H/D) ve durgunluk noktasından uzaklığın (/D) bir fonksiyonu olarak belirlenmiştir [12]. Nakod vd. (2006) pürüzlü yüzeyin çarpan dairesel hava jeti ve düz plaka arasındaki yerel ısı transferi katsayısı üzerine etkisini araştırmışlardır. Reynolds sayısı, 6500 Re 28000, lüle-levha arasındaki mesafe, 0,5 H/D 7 alınmıştır. Farklı şekillerdeki yüzey pürüzlülüklerinin ısı transferi katsayısı üzerinde farklı etkilere neden olduğunu ve pürüzlü yüzeyin (pürüzün şekline bağlı olarak) ısı transferi katsayısını artırdığını ifade etmişlerdir [13]. Can vd. (2002) nozul sisteminin optimum tasarımı için gerekli olan ısı transferi katsayısı, havanın kütlesel debisi ve fan gücü arasındaki ilişki üzerinde çalışmışlardır. Çalışmada, slot (yarıklı) ve dairesel lüleler kullanılmıştır. Optimum lüle şekilleri ile ilk yatırım ve işletme maliyetlerinin minimize edilebileceği ifade edilmiştir [14]. Çelik ve Eren (2010) yapmış oldukları çalışmada sabit ısı akısına sahip düz bir plakaya çarpan dairesel hava jetinin ısı transferi etkisini ve akış dinamiğini deneysel olarak incelemişlerdir. Lüle-levha arası mesafe 4 H/D 12 ve Reynolds sayısı 5000 Re değişken parametre olarak değerlendirilmiştir. Yapılan tüm deneylerde, levha üzerinde en yüksek Nusselt sayısı durma noktasında elde edilmiş, durma noktasından uzaklaşıldıkça radyal yönde Nusselt sayısının azaldığı görülmüştür [15]. O Donovan ve Murray (2007) yapmış oldukları çalışmada, çarpan hava jeti kullanılarak ısıtılmış düz bir yüzeyden olan ısı transferini ve hız dağılımını araştırmışlardır. Yapılan çalışmada Reynolds sayısı, Re ve jet-plaka arasındaki boyutsuz mesafe, 0,5 H/D 8 aralıklarında alınmıştır. Düşük jet-plaka mesafelerinde (H/D<2), ısı transferi dağılımında ikinci pikler (ani yükselişler) gözlemlenmiştir. Bunun sebebi olarak da duvar jeti bölgesinde türbülanstaki ani artışlar gösterilmiştir [16]. Yapılan çalışmada, oto cam temperleme işleminde, yerel Nusselt sayısı ve ortalama Nusselt sayısındaki değişim deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerde 4 mm kalınlığında ve her bir S/D oranına göre (S/D=2,4,6,8,10) 5 farklı büyüklükteki cam numuneleri kullanılmıştır. Soğutma ünitesinde 8 mm iç çapında ve 80 mm boyunda, düz, dikişsiz, pürüzsüz alüminyum borudan yapılmış, karşılıklı olarak yerleştirilmiş üçgen dizilişli toplam 16 adet nozul kullanılmıştır. H/D oranı 1 H/D 10, S/D oranı 2 S/D 10 alınmış ve Reynolds sayısı Re=30000 de sabit tutulmuştur. 2. DENEYSEL ÇALIŞMA (EXPERIMENTAL STUDY) a) Deney Düzeneği (Eperimental Setup) Yapılan çalışmada, oto cam temperleme işlemi için prototip bir temperleme ünitesi kurulumu gerçekleştirilmiştir. Temperleme Ünitesi şematik gösterimi Şekil 1 de, Temperleme ünitesi soğutma sisteminde kullanılan nozullar ise Şekil 2 de gösterilmektedir. Oto cam temperleme işleminde, camın temperlenebilmesi için temperleme fırınında yaklaşık olarak 700 C ye kadar ısıtıldıktan sonra ani olarak soğutulması gerekmektedir. Camın ısıtılması 776 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 27, No 4, 2012

3 Oto Camların Temperlenmesinde Çarpan Hava Jetleri ile Soğutmanın M. Gölcü ve Ark. 1) Kompresör 2) Hava tankı, 3) Küresel vana, 4) Giriş filtresi, 5) Kurutucu, 6) Çıkış filtresi, 7) Regülatör, 8) Selenoid valf, 9) Debimetre, 10) Hava şartlandırıcı, 11) Basınçlı hava odası, 12) Nozul plakası, 13) Pnömatik piston, 14) NiCr termokupllar, 15) Fırın, 16) Kontrol paneli, 17) Fleible termokupllar, 18) Taşıyıcı, 19) Servo motor, 20) PLC ve otomasyon panosu, 21) Bilgisayar, 22) Hava hortumu, 23) Soğutma ünitesi, 24) Kelebek vida, 25) Nozul, 26) Cam, 27) Nipel, Şekil 1. a) Temperleme ünitesi şematik gösterimi (Schematic representation of the tempering unit), b) Soğutma ünitesi önden görünüşü (Front view of cooling unit), c) Soğutma ünitesi sağ yan görünüşü (Right side view of cooling unit) işleminde 10 kw gücünde, 0,38 m 3 iç hacme sahip elektrikli bir fırın kullanılmıştır. Ani soğutma işlemi için gerekli olan soğutma havasının sağlanmasında, 30 kw gücünde 5,2 m 3 /dak debiye sahip vidalı kompresör kullanılmıştır. Elde edilen hava 5 m 3 hacmindeki basınçlı hava tankına 8 bar basınçta sıkıştırılmaktadır. Soğutma ünitesine gelen havanın debisi DN 40 Testo 6443 marka debimetre ile ölçülmektedir. Debimetreden geçen basınçlı hava, soğutma ünitesi üzerinde bulunan cm ölçülerindeki iki adet basınçlı hava odasına gönderilmektedir. Basınçlı hava odalarının her birine ½ çapında sekizer adet regülatör yerleştirilmiştir. Regülatörlerin amacı her bir nozuldan eşit debide ve basınçta hava üflenmesini sağlamaktır. Tek bir DN15 Testo 6441 debimetre kullanılarak, diğer nozullardaki debi ve basınç ayarı buna göre yapılmıştır. b) Belirsizlik Analizi (Uncertainty Analysis) Yapılan çalışmada, fırın içi sıcaklık değişimini ölçmek için kullanılan DIN standardına göre üretilmiş NiCr-Ni K tipi termokupl kullanılmıştır. Termokuplların ölçüm hassasiyeti; o C arasındaki sıcaklık ölçümleri için ±2,5 o C ve o C arasındaki sıcaklık ölçümlerinde ise % ±0,75 o C dir. Cam yüzey sıcaklık ölçümlerinde ise K tipi fleible termokupllar kullanılmıştır. Fleible termokuplların ölçüm hassasiyeti; (-200) (+285) o C arasındaki sıcaklık ölçümleri için ±2,2 o C, o C arasındaki sıcaklık ölçümlerinde ise % ±0,75 o C dir. Cam yüzeyine çarpan havanın nozuldan çıkız hızını ölçmek için kullanılan Testo 6441 akış ölçerin hassasiyeti ise % ± 1,65 m/s dir. Cam ebatlarının ölçüm hassasiyeti 0,2 mm dir. Belirsizlik hesaplamasında Köseoğlu [17] ve Holman [18] den yararlanılmıştır. Çeşitli parametrelerden kaynaklanan belirsizlikler Tablo 1 de verilmiştir Tablo 1. Çeşitli parametrelerden kaynaklanan belirsizlikler (Uncertainties proceed from various parameters) Değişken Hata (%) Alan 0,21 Sıcaklık Farkı 2,66 Jet hızı 1,65 Kütle 0,21 Reynolds sayısı 2,07 Nusselt sayısı 3,07 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 27, No 4,

4 M. Gölcü ve Ark. Oto Camların Temperlenmesinde Çarpan Hava Jetleri ile Soğutmanın a) S/D=2 b) S/D=4 c) S/D=6 c) Ölçüm İşlemi ve Hesaplama Yöntemi (Measurement process and Calculation Method) Cam temperleme işleminin her aşamasında, cam yüzeyindeki sıcaklıkları ölçebilmek için tel çapı 0,81 mm olan K tipi fleible termokupllar kullanılmıştır. Şekil 2 de gösterildiği gibi, termokupllar, cam yüzeyine yatay eksen üzerinde farklı /D mesafelerinde yapıştırılmıştır. Farklı S/D oranlarına göre cam boyutları ve ölçüm noktaları Tablo 1 de gösterilmiştir. Yerel Nusselt sayısının hesaplanmasında kullanılan yerel yüzey alanları ve sıcaklık ölçüm noktaları Şekil 3 te gösterilmiştir. 0, 1 ve 2 sıcaklık ölçümü yapılan noktaları, T s1, T s2 ve T s3 ise bu noktalardaki sıcaklık değerlerini ifade etmektedir. Tablo 2. Her bir S/D oranı için cam boyutları ve ölçüm noktaları (Glass sizes and measurement points for each S/D ration) S/D Yükseklik (mm) d) S/D=8 e) S/D=10 Şekil 2. Temperleme ünitesi soğutma sisteminde kullanılan nozullar (Nozzles used in cooling system of tempering unit) Genişlik (mm) /D Temperleme işleminde, 750 C sıcaklığındaki fırına gönderilen cam, ortalama yüzey sıcaklığı 680 C oluncaya kadar ısıtılmakta ve daha sonra ani soğutma ünitesinde yüzey sıcaklığı 70 C ye düşünceye kadar hızlı bir şekilde soğutulmaktadır. Tüm deneylerde bu sıcaklıklar sabit tutulmaktadır. Soğutma işleminde üçgen dizilişli nozul sistemi kullanılmış olup, Şekil 4 te bir örneği ve camın ani soğutma esnasındaki pozisyonu gösterilmiştir. Fırından çıkan yüksek sıcaklıktaki cam, soğutma sisteminde karşılıklı olarak yerleştirilmiş üçgen dizilişli nozul plakalarının arasına girmekte ve soğuyuncaya kadar her iki yüzeyine hava jetleri çarpmaktadır. Soğutma süresi boyunca nozul plakaları sabittir. Ani soğutma işleminde 8 mm iç çapında, düz, dikişsiz, pürüzsüz alüminyum borudan yapılmış ve karşılıklı olarak yerleştirilmiş 16 adet nozul kullanılmıştır. Çalışmada, H/D=1,2,4,6,8,10 ve S/D=2,4,6,8,10 olmak üzere toplamda 30 adet model oluşturulmuştur. Deneylerde, Reynolds sayısı Re=30000 de sabit tutulmuştur. 2 41,5 48 0,1,2 4 83,1 96 0,2, , ,2,4, , ,3,6, ,4,8,12 Belirlenen Re sayısına göre havanın hızı ( U ) (1) nolu eşitlikten hesaplanır; UD Re = (1) ν 778 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 27, No 4, 2012

5 Oto Camların Temperlenmesinde Çarpan Hava Jetleri ile Soğutmanın M. Gölcü ve Ark. y T s1 T s 2 T s Şekil 3. Yerel Nusselt sayısının hesaplanmasında kullanılan yerel yüzey alanları ve sıcaklık ölçüm noktaları (Local surface areas and temperature measurement points used to calculate the local Nusselt number) 25 C, T ç ise çevre sıcaklığı olup 30 C dir. Camın ışınım yayma oranı (ε) ise 0,9 dur. σ Stefan Boltzman sabiti, T cam yerel yüzey sıcaklığı, camın her s C p bir yerel yüzey sıcaklığı için hesaplanan yerel özgül ısısını ifade etmektedir. Yoğunluğu ρ=2550 kg/m 3 olan farklı büyüklüklerdeki camların yerel kütleleri (4) nolu eşitlik kullanılarak hesaplanır: m = ρv (4) Şekil 4. Üçgen dizilişli nozul sistemi (Triangle staggering nozzle system) Burada, D nozul çapı; 8 mm ve ν havanın kinematik viskozitesi 25 o C için; 1, m 2 /s alınmıştır. (1) nolu eşitlikten elde edilen havanın hızına göre havanın hacimsel debisi ( Q ) (2) nolu eşitlikten hesaplanır; Q = U A (2) Burada A, nozulun kesit alanını ifade etmektedir. Camın yerel kütlesi için enerjinin korunumu eşitliği yazılarak, yerel ısı taşınım katsayısı (h ), (3) nolu eşitlikten hesaplanır: Cam kütlesinin birim zamanda kaybettiği enerji m C p + εσ2a ( dt dt) = h 2A ( Ts Tj ) 4 4 ( T T ) s ç Işınım ile olan ısı transferi Taşınım ile olan ısı transferi (3) (3) nolu eşitlikte; m i camın yerel kütlesini, A camın yerel yüzey alanını ifade etmektedir. Camın her iki yüzeyinden ısı kaldırıldığından yerel yüzey alan 2A alınmıştır. T j hava jetinin nozuldan çıkış sıcaklığı olup Burada V, camın yerel hacmini ifade etmektedir. Camın özgül ısısı, sıcaklıkla önemli derecede değişmektedir. 500 ms de alınan her bir sıcaklık değeri için özgül ısılar hesaplanmıştır. Leidenfrost sıcaklığına (T g =824.4 K) göre camın özgül ısısındaki değişim (5) ve (6) nolu eşitlikten hesaplanmaktadır [19]. T T 1,810 < Tg C = ,4T (5) p s T s 2 s 3 s > T g C = ,510 T (6) p s (3) nolu eşitlikten, Şekil 2 deki her bir noktası ( 0, 1 ve 2 ) için yerel ısı taşınım katsayısı h hesaplandıktan sonra (7) nolu denklemde yerine yazılarak, her bir noktası için yerel Nusselt (Nu ) sayısı hesaplanır; h D h Nu = (7) k Burada, D h hidrolik çapı göstermektedir ve silindirik borularda hidrolik çap D dir, k ise havanın ısıl iletim katsayısını (25 o C de; 0,0255 W/mK) göstermektedir. Ortalama Nusselt sayısı ise zaman ortalamalı olarak bulunan yerel Nusselt (Nu m ) sayılarının aritmetik ortalaması alınarak (8) nolu eşitlikten hesaplanır; Nu m Nu =,1 + Nu,2 n Nu,n 7 (8) Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 27, No 4,

6 M. Gölcü ve Ark. Oto Camların Temperlenmesinde Çarpan Hava Jetleri ile Soğutmanın 3. BULGULAR ve TARTIŞMA (RESULTS and DISCUSSION) a) Yerel Nusselt Sayısının Değişimi (Variation of Local Nusselt Number) Sıcaklığı 750 C olan fırın içersine gönderilen farklı S/D oranlarındaki cam numunelerinin ortalama yüzey sıcaklığı 680 C ye ulaşıncaya kadar ısıtılmış, daha sonra ani soğutma ünitesinde ortalama yüzey sıcaklığı 70 0 C ye düşünceye kadar hızlı bir şekilde soğutulmuştur. Bütün deneylerde bu sıcaklıklar sabit tutulmuştur. Farklı S/D oranlarındaki (S/D=2,4,6,8,10) cam numunelerinin farklı H/D oranlarında (H/D=1,2,4,6,8,10) ve sabit Reynolds sayısında (Re=30000) yerel Nusselt sayılarındaki değişim incelenmiştir. Çoklu jetlerde, jet yüzeye çarpmadan önce ve çarptıktan sonra komşu jetler arasında etkileşim olur. Nozuldan çıkan serbest jetin çevre hava ile etkileşiminden dolayı kayma tabakası genişlediği için iki komşu jet arasında bir etkileşim olur. Bu etkileşim jet gücünü zayıflatır ve sonunda jet dizilişinin ısı transferi azalır [4]. Camların fiziki boyutlarından dolayı S/D=2 ve 4 oranlarındaki camların üç noktasından, S/D=6, 8 ve 10 oranlarındaki camların ise dört noktasından ölçümler yapılmıştır. Cam boyutlarına göre ölçüm noktaları Tablo 1 de verilmiştir. S/D=2,4,6,8,10 oranları için; yerel Nusselt sayısının /D ye göre farklı H/D oranlarına bağlı olarak değişimi sırası ile Şekil 5a, 5b, 5c, 5d ve 5e de verilmiştir. Şekil 5a da görüldüğü gibi, S/D=2 oranındaki camın soğutulması işleminde; en büyük yerel Nusselt sayısı H/D=4 mesafesinde /D=1 noktasında, en düşük yerel Nusselt sayısı ise H/D=10 mesafesinde /D=2 noktasında meydana gelmiştir. Şekil 5b de ise S/D=4 oranındaki camın soğutulmasında yerel Nusselt sayısının değişim grafiği görülmektedir. Şekilde görüldüğü gibi; en yüksek yerel Nusselt sayısı H/D=1 oranında ve /D=2 noktasında, en düşük yerel Nusselt sayısı ise H/D=10 oranında ve /D=4 noktasında meydana gelmiştir. S/D=6, 8 ve 10 oranlarındaki camların soğutulmasında dört noktadan sıcaklık ölçümü yapılmıştır. Bu noktalardan ölçülen sıcaklık değişimlerine bağlı olarak yerel Nusselt sayıları hesaplanmıştır. Şekil 5c, 5d ve 5e den görüleceği üzere; S/D=6, 8 ve 10 oranları için en yüksek yerel Nusselt sayısı sırası ile /D=2, 3 ve 4 noktalarında görülmüş ve H/D=1 oranında elde edilmiştir. S/D=6, 8 ve 10 oranlarının her birinde en düşük yerel Nusselt sayısı ise sırası ile /D=6, 9 ve 12 noktalarında ve H/D=10 oranında elde edilmiştir. Yerel Nusselt sayılarının S/D=2 için /D=1, S/D=4 ve 6 için /D=2, S/D=8 için /D=3, S/D=10 için ise /D=4 noktalarında yüksek çıkmasının sebebi; nozuldan çıkan hava jetinin, ölçüm yapılan noktaya çok yakın olmasındandır. Çoklu jetlerde en yüksek ve en düşük yerel Nusselt sayılarının farklı noktalarda çıkmasının en büyük sebebi, camın boyutlarına göre nozul dizilişinden kaynaklanmaktadır. Yerel Nusselt sayısının farklı S/D oranları için /D ye bağlı olarak değişim grafikleri birbirine benzer eğilim göstermektedir. Elde edilen sonuçlar, San ve Lai [4] ve Monnoyer ve Lochegnies [19] in elde ettiği sonuçlar ile uyum içindedir. b) Ortalama Nusselt Sayısının Değişimi (Variation of Average Nusselt Number) Zamana bağlı olarak yapılan soğutma işleminde ölçüm noktalarından alınan değerler ile yerel Nusselt sayıları hesaplanmıştır. Yerel Nusselt sayılarının aritmetik ortalamaları alınarak ortalama Nusselt sayısı hesaplanmıştır. Sabit Re sayısında, farklı S/D oranları için, H/D oranlarına göre ortalama Nusselt sayısındaki değişim Şekil 6 da verilmiştir. Şekil 6 da görüleceği üzere, en büyük ortalama Nusselt sayısı S/D=2 de H/D=4 oranında, en küçük ortalama Nusselt sayısı ise S/D=10 da H/D=10 oranında hesaplanmıştır. S/D=4, 6, 8 ve 10 oranına sahip camlar için en yüksek ortalama Nusselt sayısı H/D=1 mesafesinde elde edilirken, S/D=2 oranındaki cam için ise H/D=4 mesafesinde elde edilmiştir. Bu durum, özellikle küçük S/D oranlarında (S/D 2), düşük H/D mesafelerinde sıcak havanın hızlı bir şekilde yüzeyden uzaklaştırılamamasına ve soğutmadan ziyade tekrar ısıtma etkisi oluşturmasına bağlanmaktadır. Her bir S/D oranı için en küçük ortalama Nusselt sayısı ise H/D=10 oranlarında elde edilmiştir. 4. SONUÇLAR (CONCLUSION) Yapılan çalışmada, cam yüzeyindeki yerel ve ortalama Nusselt sayılarının zaman ortalamalı olarak değişimleri deneysel olarak hesaplanmıştır. Oto camların temperlenmesinde, soğutma işlemi sırasında cam yüzey sıcaklığı (T s ) sabit kalmamaktadır. Aynı zamanda camın yüzeyinde taşınımla transfer edilen ısı miktarı da sürekli olarak değişmektedir. Bu yüzden, cam yüzeyi üzerindeki yerel ve ortalama Nusselt sayılarını belirlemek güçtür. Cam boyutlarına göre farklı /D mesafelerinde yapıştırılan fleible termokupllar ile cam yüzeyi üzerindeki sıcaklık değişimleri gözlemlenmiştir. Bu sıcaklık değişimlerine göre zaman ortalamalı olarak yerel ve ortalama Nusselt sayısıları hesaplanmıştır. Çoklu nozul sistemi ile yapılan soğutma sonucu, ölçüm yapılan noktaların fiziki konumlarına bağlı olarak, yerel Nusselt sayısının H/D oranı ile değişiminde dalgalanmalar görülmektedir. Literetürde 780 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 27, No 4, 2012

7 Oto Camların Temperlenmesinde Çarpan Hava Jetleri ile Soğutmanın M. Gölcü ve Ark. de, yerel Nusselt sayısının farklı S/D oranları için /D ye bağlı olarak değişim grafikleri birbirine benzer eğilim göstermektedir [4,19]. Yapılan çalışmadan elde edilen yerel Nusselt sayısı grafiklerinin de benzer eğilimlerde olduğu görülmüştür. Eşkenar üçgen dizilişli soğutma işleminde, en yüksek ortalama Nusselt değeri S/D=2 de H/D=4 oranında Nu m =123,3 ve en düşük ortalama Nusselt değeri ise S/D=10 da H/D=10 oranında Nu m =58,6 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca S/D=2 oranı hariç, diğer S/D oranlarında en yüksek ortalama Nusselt sayılarının H/D=1 oranında, en düşük ortalama Nusselt sayılarının ise H/D=10 oranında elde edildiği görülmüştür Nu 100 S/D=2 Nu 80 S/D= /D /D a) b) Nu S/D=6 Nu 60 S/D= /D /D 6 9 c) d) Nu 40 S/D= /D 8 12 e) Şekil 5. Farklı S/D oranları için yerel Nusselt sayısının H/D ye bağlı olarak değişimi (Variation of local Nusselt number based on H/D for different S/D rations) Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 27, No 4,

8 M. Gölcü ve Ark. Oto Camların Temperlenmesinde Çarpan Hava Jetleri ile Soğutmanın 150 S/D=2 S/D=4 S/D=6 S/D=8 S/D= Nu m H/D Şekil 6. Farklı S/D oranları için H/D oranlarına göre ortalama Nusselt sayısındaki değişim (Variation of average Nusselt number according to different H/D ratio for different S/D rations) İleriki süreçte, bu çalışma kapsamında temperlenen oto camların mekanik testleri yapılacaktır. Mekanik testlerin sonuçları ile ısı transfer karakteristikleri sonuçları kıyaslanarak, mekanik sonuçların ısı transferi karakteristiklerine bağlılığı belirlenmeye çalışılacaktır. TEŞEKKÜR (ACKNOWLEDGMENT) Bu çalışma, Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) tarafından desteklenmiştir. KAYNAKLAR (REFERENCES) 1. Etemoğlu, A.B., Hava jetli kurutucuların teknik ve ekonomik analizi, Mühendis ve Makine, 44(519), 24-33, Cirillo, F. and Isopi, G.M., Glass tempering heat transfer coefficient evaluation and air jets parameter optimization, Applied Thermal Engineering, 29, , Yan, X. and Saniei, N., Heat transfer from an obliquely impinging circular air jet to a flat plate, International Journal of Heat and Fluid Flow, 18, , San, J.Y. and Lai, M.D., Optimum jet-to-jet spacing of heat transfer for staggered arrays of impinging air jets, International Journal of Heat and Mass Transfer, 44, , To, Q.D., He, Q.-C., Cossavella, M., Morcant, K., Panait, A., Yvonnet, J., The tempering of glass and the failure of tempered glass plates with pinloaded joints: Modelling and simulation, Materials and Design, 29, , Kocabağ D., Cam Kimyası, Özellikleri, Uygulaması, Birsen Yayınevi, İstanbul, Anonim, Seramik ve Cam Teknolojisi, Türkiye de Cam Sektörü, Mesleki Eğitim ve Öğretim Sisteminin Güçlendirilmesi Projesi (MEGEP), Ankara, Kantürer, T., Otomobil Camı Üretiminde Enerji Yoğun Süreçlerin Optimizasyonu, Doktora Tezi, Trakya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Büyükyıldız, A., PLC kullanılarak cam temperleme fırınının otomasyonu, Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2(13), , Türkbaş, S. ve Ataer, Ö.E., Camın temperlenmesinde ısıtma ve soğutma süreçlerinin karışık sınır şartlarında sayısal modellenmesi, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 22(4), , Eşsiz, Ö., Teknolojinin cam panellerine getirdiği yenilikler, 1. Ulusal Çatı ve Cephe Kaplamalarında Çağdaş Malzeme ve Teknolojiler Sempozyumu, İstanbul, 73-82, Janbunathan, K., Lai, E. and Button B.L., A review of heat transfer data for single circular jet impingement, Int. J. Heat and Fluid Flow, 13(2), , Nakod, P.M., Prabhu, S.V. and Vedula R.P., Heat transfer augmentation between impinging circular air jet and flat plate using finned surfaces, 18 th National & 7 th ISHMT-ASME Heat and Mass Transfer Conference, India, January 4-6, Can, M., Etemoğlu, A.B., Avcı, A., Eperimental study of convective heat transfer under arrays of impinging air jets from slots and circular holes, Heat and Mass Transfer, 38, , Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 27, No 4, 2012

9 Oto Camların Temperlenmesinde Çarpan Hava Jetleri ile Soğutmanın M. Gölcü ve Ark. 15. Çelik, N. and Eren, H., Çarpan dairesel bir jette çarpma bölgesi türbülans şiddetinin ısı transferine etkisi, Isı Bilimi Dergisi, 30(1), 91-98, O Donovan T.S., Murray D.B., Jet impingement heat transfer - part I: mean and root-mean-square heat transfer and velocity distributions, International Journal of Heat and Mass Transfer, 50: , Köseoğlu F., Çarpan akışkan jetleri kullanılarak elektronik elemanların soğutulmasının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2007, Ankara. 18. Holman J. P., Eperimental methods for engineers, 6 th Edition, McGraw-Hill, 37-83, Monnoyer F. and Lochegnies D., Heat transfer and flow characteristics of the cooling system of an industrial glass tempering unit, Applied Thermal Engineering, 28 (17-18), , Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 27, No 4,

10