Nanopartikül takviyesinin fotovoltaık termal (PVT) sistemin soğutma performansına etkisinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi ile incelenmesi
Investigation of the effect of nanoparticle reinforcement on cooling performance of photovoltaic thermal (PVT) system by computational fluid dynamics analysis
- Tez No: 1011224
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FİKRET POLAT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Düzce Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, nanopartikül takviyesinin fotovoltaik-termal (PVT) sistemlerin soğutma performansı ve enerji verimleri üzerindeki etkisi hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Sayısal analizler ANSYS Fluent yazılımı ile gerçekleştirilmiş olup, soğutucu akışkan olarak saf su, %0,1, %0,5, %1 hacim oranında TiO₂ katkılı nanoakışkan ve yine aynı hacim oranlarında bor nitrür katkılı nanoakışkan kullanılarak karşılaştırmalı değerlendirmeler yapılmıştır. Analizlerde panel yüzey sıcaklığı dağılımları, akışkan giriş–çıkış sıcaklık farkları ile elektriksel, termal ve toplam sistem verimleri ele alınmıştır. Modelleme sürecinde, nanoakışkanlar düşük hacim oranı ve homojen dağılım varsayımı altında tek fazlı akışkan olarak ele alınmış; akış rejimi laminer olarak seçilmiş ve Reynolds sayısı tüm akışkanlar için sabit tutulmuştur. Bu yaklaşım sayesinde, farklı akışkanların soğutma performansları adil ve tutarlı bir biçimde karşılaştırılabilmiştir. Elde edilen sonuçlar, tüm akışkanlar için akışkan sıcaklık artışlarının sınırlı seviyelerde kaldığını göstermiştir. Bununla birlikte, nanoakışkan kullanılan durumlarda panel yüzey sıcaklıklarının saf suya kıyasla daha düşük değerlere ulaştığı belirlenmiştir. Özellikle bor nitrür katkılı nanoakışkan, daha yüksek efektif ısıl iletkenliği sayesinde panel yüzeyinden daha fazla ısı transfer edilmesini sağlamış ve incelenen çalışma koşulları altında en düşük ortalama panel yüzey sıcaklığını ve en yüksek toplam soğutma performansını sunmuştur. Nanoakışkan kullanımının panel sıcaklığını düşürmesi, fotovoltaik hücrelerin sıcaklık hassasiyeti nedeniyle elektriksel verimde de sınırlı ancak tutarlı bir artışa yol açmıştır. Buna ek olarak, nanoakışkanların sağladığı daha yüksek ısı taşınım kapasitesi, sistemin termal verimini artırarak toplam PVT veriminin iyileştirilmesine katkı sağlamıştır. Sonuç olarak, düşük hacim oranlarında dahi nanoakışkan kullanımının PVT sistemlerinin termal ve elektriksel performansını olumlu yönde etkilediği ortaya konmuştur. Elde edilen bulgular, nanoakışkanların PVT sistemlerde soğutucu akışkan olarak kullanılmasının uygulanabilir ve etkili bir yöntem olduğunu göstermekte olup, bu tür sistemlerin sürdürülebilir enerji üretimi açısından geliştirilmesine önemli katkılar sunmaktadır. Gelecek çalışmalarda, farklı nanopartikül türleri, daha yüksek katkı oranları ve farklı akış koşullarının incelenmesiyle nanoakışkanların PVT sistemlerdeki potansiyelinin daha kapsamlı biçimde ortaya konulabileceği değerlendirilmektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, the effect of nanoparticle reinforcement on the cooling performance and energy efficiency of photovoltaic-thermal (PVT) systems was investigated using computational fluid dynamics (CFD) methods. Numerical analyses were performed using ANSYS Fluent software, and comparative evaluations were made using pure water as a coolant, nanofluid with 0.1%, 0.5%, and 1% volume ratios of TiO₂, and nanofluid with boron nitride at the same volume ratios. The analyses considered panel surface temperature distributions, fluid inlet–outlet temperature differences, and electrical, thermal, and overall system efficiencies. In the modeling process, nanofluids were treated as single-phase fluids under the assumption of low volume fraction and homogeneous distribution; the flow regime was selected as laminar, and the Reynolds number was kept constant for all fluids. This approach allowed for a fair and consistent comparison of the cooling performance of different fluids. The results obtained showed that fluid temperature increases remained at limited levels for all fluids. However, it was determined that panel surface temperatures reached lower values when nanofluids were used compared to pure water. In particular, the boron nitride-containing nanofluid enabled greater heat transfer from the panel surface due to its higher effective thermal conductivity and provided the lowest average panel surface temperature and the highest overall cooling performance under the studied operating conditions. The reduction in panel temperature due to the use of nanofluids has led to a limited but consistent increase in electrical efficiency due to the temperature sensitivity of photovoltaic cells. In addition, the higher heat transfer capacity provided by nanofluids has contributed to improving the overall PVT efficiency by increasing the thermal efficiency of the system. In conclusion, it has been demonstrated that the use of nanofluids positively affects the thermal and electrical performance of PVT systems, even at low volume fractions. The findings indicate that the use of nanofluids as coolants in PVT systems is a feasible and effective method, contributing significantly to the development of such systems for sustainable energy production. Future studies are expected to reveal the potential of nanofluids in PVT systems more comprehensively by investigating different types of nanoparticles, higher addition ratios, and different flow conditions.
Benzer Tezler
- Grafen nanopartikül takviyesinin kompozit malzemelerin mekanik özellikleri üzerindeki etkisinin araştırılması
Investigation of effect of graphene nanoparticle reinforced on mechanical properties of composite materials
TUBA BAĞATIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiBatman ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAHYA HIŞMAN ÇELİK
- Aramid fiber takviyeli kompozitlerde nanopartikül takviyesinin mekanik ve balistik özelliklere etkilerinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the effects of nanoparticle reinforcement on mechanical and ballistic properties of aramid fiber reinforced composites
SERKAN BATI
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBatman ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAHYA HIŞMAN ÇELİK
- Nanopartikül takviyeli E-cam lifi/epoksi kompozit malzeme üretimi ve mekanik özelliklerinin belirlenmesi
Production of nanoparticle modified E-glass/epoxy composite material and determination of mechanical properties
SAKİNE KIRATLI
Doktora
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiSivas Cumhuriyet ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZÜLEYHA ASLAN
- Nanopartikül takviyeli aramid esaslı balistik kumaşların balistik performansının incelenmesi
Investigation of ballistic performance of nanoparticle reinforced aramid based ballistic fabrics
BİLAL KÜÇÜK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiAfyon Kocatepe ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YELDA AKÇİN ERGÜN
- Nanopartikül takviyeli karbon epoksi borularda hidrotermal yaşlandırmanın ısıl iletkenliğe etkisi
The effect of hydrotermal aging on thermal conductivity in nanoparticle reinforced carbon epoxy pipes
ALPER GÜNÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiMersin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BENGİ ŞANLI
DOÇ. DR. MEMDUH KARA