Güneşi takip eden parabolik oluk tipi güneş kollektörlerinin matematiksel modellenmesi tasarımı ve teknik optimizasyonu
Mathematical modelling design and technical optimization of sun tracking parabolic trough solar collectors
- Tez No: 133488
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ DURMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2003
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 293
Özet
GÜNEŞİ TAKİP EDEN PARABOLİK OLUK TİPİ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİNİN MATEMATİKSEL MODELLENMESİ TASARIMI VE TEKNİK OPTİMİZASYONU (Doktora Tezi) Levent ÇOLAK GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Mayıs 2003 ÖZET Güneş ışıma enerjisi dünyanın ekolojik dengesinin sürekliliğini sağlayan güneşsel ısı, fotosentez, hidrolik, rüzgar, dalga, biyokütle vb. yenilenebilen tüm temiz enerji türlerini oluşturur. Güneş ışıma enerjisi gece gündüz nedeniyle kesikli, ışın açısal ve atmosferik koşullar nedeniyle de çok düşük ekserjilidir. Bu nedenle güneş enerjisi doğal biçimiyle, fosil yakıtlar esas alınarak geliştirilen günümüz enerji dönüşüm teknolojilerinde, sınırlı düz kollektör uygulamaları dışında yaygın olarak kullanılamamaktadır. Güneş ışıma enerjisinin ekonomik sektörlerde yaygın biçimde kullanılabilir hale getirilebilmesi için, yüksek sıcaklıklarda iş akışkanı üretebilen yoğunlaştırıcı tür güneş kollektörlerine gereksinim vardır. Orta ve yüksek sıcaklık uygulamalarında (100-300 °C) çizgisel odaklamalı güneşi doğu-batı yönünde tek eksende takip eden ışın yoğunlaştırıcı sistemler, noktasal odaklamak sistemlere kıyasla daha ekonomik olmaktadır. Bu nedenle ticari yönden pazarlanabilir ve sürekli kullanılabilir, yüksek verimli, düşük yatırım maliyetli ve hafif yoğunlaştırıcı güneş kollektörlerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Sistem geliştirme işleminin deneme yanılmaya dayanan uzun erimli, zahmetli ve pahalı deneysel incelemelerle yapılması, pratik ve ekonomik olmamaktadır. Bu nedenle, sistem geliştirilmesinde daha etkin ve ucuz bir yaklaşım olan, sistemin matematiksel modelinin türetilmesi ve bilgisayar simülasyonlarıyla elde edilen veriler11 yardımıyla en uygun tasarım verilerinin belirlenmesi metodu, öne çıkmaktadır. Bu çalışmada güneş ışınlarının geçmişsel, çevresel özellikleri ve ışıma davranışları dikkate alınarak yüksek sıcaklık uygulamalarında, parabolik kollektörlerde ışın yoğunlaştırma ile odak çizgisine yerleştirilen seçici yüzeyli emici boruda ışın-ısı transfer ve dönüşüm mekanizmalarının analiz ve simülasyonuna yönelik matematiksel modeller türetilmiştir. Sistem davranışını tanımlayan matematiksel modelin bilgisayar simülasyon sonuçları, literatürde verilen ölçüm sonuçlan ile karşılaştırılarak, ölçüm ve hesap sonuçlarındaki sapmaların kesişim faktörü 0,95 için ortalama % 3,06 ± 2, kesişim faktörü 0,97 için ortalama % 0,77 ± 2 dolayında olduğu görülmüştür. Böylelikle geliştirilen matematiksel modelin, sistem tasarımı ve geliştirilmesinde teknik optimizasyon amacıyla kullanılabilir olduğu kanıtlanmıştır. Geliştirilen matematiksel model ve simülasyon uygulamaları yardımıyla; ışın yoğunlaştırma, güneşsel ısı dönüşüm ve güneşsel ısıl kayıp davranışları analiz edilmiş, duyarlılık analizleri ile bu mekanizmaları etkileyen sistem parametreleri ve bunların etkinlik oranlan belirlenmiştir. Simülasyon sonuçlan kullanılarak, prototip güneş kollektör sisteminin tasarımı ve imalatı tamamlanmış, sistemin ısıl performansının deneysel belirlenmesi aşamasına gelinmiştir. Geliştirilen güneş kollektörünün prototip imalatında lazer ışın test cihazı ile yapılan optik ölçümlerde, çizgisel odaklama verimi 95 % olarak belirlenmiştir. Simülasyon sonuçlarında, tasarımı yapılan güneş kollektörünün ortalama 18 ° güneş geliş açısı için, toplam optik verimi 70,1 %'dir. Kollektörün güneşsel ısıl verimi ise, Akdeniz iklim koşullarındaki 1000 W/m2 yerel direkt ışınım, 30 °C çevre sıcaklığı, 5 m/s rüzgar hızı, 155/180 °C iş akışkanı giriş-çıkış sıcaklıktan şartlarında 59,67 % olarak bulunmuştur. Bilim Kodu : 625.05.00 Anahtar Kelimeler : Güneş enerjisi, Parabolik oluk tipi güneş kollektörü, Matematiksel model, Simülasyon, Duyarlılık analizi, Ekonomik analiz, Optik Testler, Teknik optimizasyon. Sayfa Adedi : 268 Tez Yöneticisi : Prof. Dr. AB DURMAZ
Özet (Çeviri)
İÜ MATHEMATICAL MODELLING DESIGN AND TECHNICAL OPTIMIZATION OF SUN TRACKING PARABOLIC TROUGH SOLAR COLLECTORS (PhD. Thesis) Levent ÇOLAK GAZİ UNIVERSITY INSTITUTE OF SCD2NCE AND TECHNOLOGY May 2003 ABSTRACT Solar radiation is a clean and renewable kind of energy, such as solar heat, photosynthesis, hydraulics, wind, wave, biomass etc., that constitute the ecological balance of the world. Solar radiation is intermittent due to night and day formation and has very low exergy value because of the different incidence angle of beams and atmospheric conditions. Therefore natural solar radiation can not be used in most of the conventional energy conversion technologies, that are modified for fossil fuels, except some specific low energy applications with flat plate collectors. For increasing the usage of solar radiation in economical sectors, concentrating solar collectors, that can produce high temperature working fluid, have to be used. In medium and high temperature applications between 100-300 °C, line focused concentrating solar collectors, that track the sun along one axis, are more economical than the point focused concentrating collectors. For that reason concentrating collectors, that have high thermal efficiency, low investment cost, light, long life and easy to market, have to be modified. System modification based on expensive, experimental trial and error method, is not practical However derivation of a mathematical model for this system and making simulation calculations by using computers, is more efficient and economical way for system modification when compared with the experimental analysis. Therefore for determination of optimum design data,IV mathematical model simulations have to be preferred. In this thesis, for making simulations and analysis, mathematical models for the solar beam and heat transfer mechanisms on the absorber tube of the line focusing parabolic trough collectors, are derived by taking into consideration of the historical and environmental properties and behaviors of solar radiation. Experimental data, that are obtained in reference, are compared with the results of mathematical model simulation. The average difference between the calculated and measured values for intercept factor of 0,95 is approximately % 3,06 ± 2, for intercept factor of 0,97 is approximately % 0,77 ± 2. Therefore it is approved that the derived mathematical model can be used for the design and modification for the technical optimization of the parabolic trough collector system design. By using the derived mathematical model and simulation applications, thermal performance calculations and sensitivity analysis were done. The parameters that effect the system thermal performance and the effectiveness ratios were determined. By using the simulation results, the design and prototype production of the parabolic trough collector were finished. The line focussing efficiency of the designed collector is determined as % 95 in experimental optical tests made by laser ray testing equipment. In simulation calculations, the overall optical efficiency of the designed collector is determined as % 70,1 for 18 0 incidence angle. In Meditterenean climatic conditions, for direct radiation of 1000 W/m2, outside temperature of 30 °C, wind velocity of 5 m/s, working fluid operation temperature range of 155/180 °C, thermal efficiency of the collector is determined as % 59,67. Science Code : 625.05.00 Key Words : Solar energy, Parabolic trough solar collector, Mathematical model, Simulation, Sensitivity analysis, Economic analysis, Optical tests, Technical optimization Page Number : 268 Adviser : Prof. Dr. Ali DURMAZ
Benzer Tezler
- Design and experimentalinvestigation of the parabolic trough solar collector
Vakum tüplü parabolık güneş kollektörü tasarımı ve deneysel incelenmesi
AMMAR SABAH AHMED AL_AMILI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF TEKİN
- Güneşi tek eksende takip eden parabolik oluk tipi güneş yoğunlaştırıcısının performans deneyleri
Başlık çevirisi yok
ASIM GENÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. Ö. ERCAN ATAER
- Computational fluid dynamics analysis of a thermocline thermal storage unit for solar thermal applications
Solar termal uygulamalar için termoklin termal depolama ünitesi hesaplamalı akış dinamiği analizleri
AZIN ASADITAHERI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SENEM ŞENTÜRK LÜLE
- Güneş takip sistemleri tasarımı
Solar tracking system design
DEVRİM KALAYCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
EnerjiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULVAHAP YİĞİT
- Parabolik oluklu güneş kolektörü içeren doğal dolaşımlı güneş enerji sisteminin deneysel ve sayısal incelemesi
Experimental and numerical investigation of natural circulating solar energy system including a parabolic trough solar collector
BURHAN BAYHAN