Isıl enerji depolama tankı içerisindeki faz değiştiren malzemenin erime ve katılaşmasının sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of melting and solidification of phase change material in a thermal energy storage tank
- Tez No: 1016859
- Danışmanlar: PROF. DR. MÜSLÜM ARICI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde hızla artan enerji tüketimi, enerji kaynaklarının daha verimli kullanılmasını zorunlu hale getirmiştir. Bu doğrultuda, enerji verimliliğini artırmaya yönelik çalışmalar büyük bir ivme kazanmış ve özellikle termal enerji depolama (TED) sistemlerinin önemi daha da artmıştır. Geleneksel olarak kullanılan duyulur ısı depolama sistemleri, sınırlı bir enerji depolama kapasitesine sahip olup, yalnızca sıcaklık değişiminden faydalanarak enerji depolayabilmektedir. Buna karşın, faz değiştiren malzemeler ile donatılan sistemler, aynı hacimde daha yüksek miktarlarda enerji depolayabildiğinden dolayı enerji depolama sistemlerinin genel verimliliğini önemli ölçüde artırmaktadır. Bu bağlamda, gerçekleştirilen tez çalışmasında, bir ısıl enerji depolama tankı içerisinde yer alan faz değiştiren malzemenin (FDM) m ̇= 0,12, 0,06 ve 0,04 kg/s olmak üzere üç farklı su debisi ve Tsug = 313, 328 ve 343 K olmak üzere üç farklı su giriş sıcaklığı altındaki erime ve yine aynı debilerde ancak Tsug = 288, 293 ve 298 K olmak üzere üç farklı su giriş sıcaklığında katılaşma davranışı detaylı olarak sayısal yöntemlerle analiz edilmiştir. Özellikle, FDM'nin farklı akış koşullarında enerji depolama süreci ile depoladığı enerjiyi ortama geri bırakma performansı incelenmiş ve bu süreçlerin sistem performansına olan etkileri değerlendirilmiştir. Gerçekleştirilen çalışmada FDM'nin erime ve katılaşma süreçlerinde debi ve sıcaklık farkının artmasının, faz değişim süresini kısalttığı ve birim zamanda depolanan ve salınan enerji miktarlarını arttırdığı gözlemlenmiştir. Erime çalışmalarında en yüksek sıcaklık farkı ve su debisinin bulunduğu Tsug = 343 K ve m ̇= 0,12 kg/s koşulunda FDM'nin tamamen erimesi, en düşük sıcaklık farkı ve su debisi olan koşula göre yaklaşık %78 daha hızlı gerçekleşmiştir. En yüksek sıcaklık farkı ve su debisi koşulunda erime sürecinde depolanan enerji, en düşük sıcaklık farkı ve su debisi koşuluna oranla yaklaşık %33 artmıştır. Katılaşma çalışmalarında tüm koşullar %80 katılaşma oranına kadar sürdürülmüş ve en yüksek sıcaklık farkı ve su debisinde katılaşma süresi, en düşük sıcaklık farkı ve su debisine oranla %88 daha hızlı gerçekleşmiştir. Aynı zamanda en yüksek sıcaklık farkı ve su debisi koşulunda salınan enerji miktarı, en düşük sıcaklık farkı ve su debisine oranla %3,7 artış göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Today rapidly increasing energy consumption today has made it imperative to use energy resources more efficiently. In this context, efforts to improve energy efficiency have gained significant momentum, and the importance of thermal energy storage (TES) systems has grown considerably. Traditional sensible heat storage systems have a limited energy storage capacity and can only store energy by utilising temperature changes. In contrast, systems equipped with phase change materials can store higher amounts of energy in the same volume, thereby significantly increasing the overall efficiency of energy storage systems. In this context, the thesis study conducted examined the melting of phase change material (PCM) within a thermal energy storage tank at three different water flow rates of m ̇= 0.12, 0.06, and 0.04 kg/s, and at three different water inlet temperatures of Tsug = 313, 328, and 343 K, and the solidification behaviour at the same flow rates but at three different water inlet temperatures of Tsug = 288, 293, and 298 K was analysed in detail using numerical methods. In particular, the energy storage process of FDM under different flow conditions and its performance in releasing stored energy back into the environment were examined, and the effects of these processes on system performance were evaluated. The study observed that increasing the flow rate and temperature difference during the melting and solidification processes of FDM shortened the phase change time and increased the amount of energy stored and released per unit time. Under the conditions of Tsug = 343 K and m ̇= 0.12 kg/s, where the highest temperature difference and water flow rate were observed in the melting studies, the complete melting of FDM occurred approximately 78% faster than under the conditions of the lowest temperature difference and water flow rate. The energy stored during the melting process under the conditions of the highest temperature difference and water flow rate increased by approximately 33% compared to the conditions of the lowest temperature difference and water flow rate. In solidification studies, all conditions were maintained up to an 80% solidification rate, and the solidification time at the highest temperature difference and water flow rate was 88% faster than at the lowest temperature difference and water flow rate. At the same time, the amount of energy released at the highest temperature difference and water flow rate increased by 3.7% compared to the lowest temperature difference and water flow rate.
Benzer Tezler
- Thermal energy storage with nanoparticle embedded phase change materials
Nanoparçacık gömülü faz değişim malzemesi ile termal enerji depolama
RAMAZAN AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANİFE TUBA OKUTUCU ÖZYURT
- Düşey mantolu sıcak su tanklarında faz değiştiren malzeme kullanımının etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the effect of phase change material on the vertical mantled hot water tank
AHMET ÖZBEKLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECDET ALTUNTOP
DR. ÖĞR. ÜYESİ DOĞAN ERDEMİR
- Güneş enerjili ısı pompasında grafenli faz değiştiren madde ve nanoakışkan kullanımının deneysel olarak araştırılması
Experimental investigation of solar assisted heat pump using phase change material and nanofluid with graphene
SERCAN GÜLCE GÜNGÖR
Doktora
Türkçe
2024
EnerjiFırat ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ESEN
PROF. DR. LUISA F. CABEZA
- Güneş enerjili sıcak su depolama tanklarında kullanılan faz değiştiren maddelerin ısıl enerji depolama performansına etkileri
The effect of phase change materials used in solar hot water storage tanks on thermal energy storage performance
BURAK İZGİ
Doktora
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiYozgat Bozok ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEVLÜT ARSLAN
- Nano boyutlu parçacık katkılı yeni nesil faz değiştiren maddelerin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of nanoparticle additives novel phase change materials
ALİ TAŞKIRAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
KimyaFırat ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN FEHMİ ÖZTOP