Enerji depolama tankında katılaşma ve erime esnasında doğal konveksiyon ile ısı transferinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of natural convection heat transfer with solidification and melting in an energy storage tank
- Tez No: 363945
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. AHMET FERTELLİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Energy, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Cumhuriyet Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 155
Özet
Birçok Avrupa ülkesinde ve Amerika'da elektrik tarifeleri günün saatlerine göre değişkenlik göstermektedir. Soğutma yükünün maksimum olduğu gündüz saatlerinde elektrik pahalı, soğutma ihtiyacının duyulmadığı gece saatlerinde ise daha ucuzdur. Bu durum soğu enerjisinin, gece saatlerinde depo edilip gündüz saatlerinde ise soğutma ihtiyacını karşılamak için kullanılması fikrini ortaya çıkarmıştır. Bu çalışmada, içerisinde su bulunan dikdörtgensel ve bir soğu depolama tankına yerleştirilen silindirlerinin pozisyon etkileri ve sayıları, farklı geometrilerin, buz oluşumuna etkileri ve silindirik tankta soğutucu çapının buz oluşumuna etkilerinin karşılaştırılması amaçlanmıştır. Bunlarla beraber tamamen buz dolu dikdörtgensel bir soğu depolama tankında erime modellenmiştir. Ayrıca tank içeresindeki faz değişim malzemesi olan suyun, başlangıçta farklı sıcaklıklarda olmasının da katılaşmaya olan etkileri incelenmek istenmiştir. Bu amaçla FLUENT paket programı kullanılarak; akış alanının zamana bağlı sayısal çözümü yapılmıştır. Dikdörtgensel tank iki boyutlu olarak modellenmiş ve analizler, akış alanı simetrik olduğundan, tankın yarısı için yapılmıştır. Tank içerisindeki su sıcaklığı 0 °C, 4 °C, 8 °C ve 12 °C olarak alınıp, silindir yüzey sıcaklığı -10 °C kabul edilerek, farklı geometrilerdeki silindir modelleri için, Ab/As oranı (Buz alanı / kesit alanı), sıcaklık dağılımı ve sıvı oranları hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlarda, tüm modellemeler için 900 s, 1800 s, 3600 s ve 7200 s deki sıcaklık ve sıvı oranlarının dağılımları incelenmiştir. Ayrıca farklı silindir düzenlemelerinin katılaşma oranlarının (Ab/As) zamanla değişimi de değerlendirilmiştir. Silindirlerin tankın üst bölgelerine yerleştirilmesi durumunda daha fazla buz oluştuğu gözlenmiştir. Daha dairesel olan silindir, elips ve altıgen modellerinde katılaşma oranlarının birbirine oldukça yakın olduğu görülmüş, üçgensel ve kare gibi keskin köşeli modellerde ise daha az buz oluşumu gözlenmiştir. Dairesel tankta ise soğutucu çapının ısı transferini arttırdığı, katılaşma oranlarında ise ters orantılı olduğu görülmüştür. Bununla beraber düzenlemelerin her birinde; su sıcaklığının 0 °C olması durumunda, katılaşma oranlarının daha büyük olduğu tespit edilmiştir. Erime için yapılan çalışmalarda tek ve iki silindirde silindir yüzey sıcaklığı 4 °C, 7 °C, 15 °C ve 20 °C için çözümlemeler yapılmıştır. Silindir sıcaklığının artmasıyla erime şeklinin yön değiştirdiği ve doğal konveksiyon hareketlerinin şiddetlendiği gözlenmiştir.
Özet (Çeviri)
In many European Countries and America, electricity tariff are variable for the time of the day. Electric energy costs are expensive when cooling loads are peak in daytime and cheaper in the night. As a result, the idea of storing cold thermal energy at night and extracted for cooling in daytime is invented. In the present study, it is aimed to calculate the effect of ice formation on different cylinder positions and tube bundle, diffferent cooler geometries placed in a rectangular cavity filled with water. Also cylindirical cavity was used and obtained the effects of different cooler diameters. In addition of them, melting process in a rectangular cavity filled with ice was observed. Finite volume method (FLUENT packed program) was used to solve solidification stages around cylinders. The cavity modelled in two dimension and modelled fort he half of the cavity due to symmetrical flow area. Water temperature in the cavity and cylinder surface temperature were assumed as 0 ºC, 4 ºC, 8 ºC, 12 ºC and -10 ºC respectively. Validation studies of the present model shows that variations of area ratio (Ab /As) in entire time range for solidification around a single cylinder. The resuls of temperature contours and liquid fractions are observed for all the models at the 900th, 1800th, 3600th and 7200th seconds. For the solidification rate obtained for all models, in case the cylinders are positioned on the upper parts of the cavity, the highest solidification rates are observed and, cylindrical, elliptical and hexagonal, the model for the highest solidification rate is obtained in the case of cylindrical. It was found that when the cylinders are triangular and square models, the solidification is affected negatively and more formation of ice is seen for circular models. In the cylindirical tank, higher cooling diameters improved the heat transfer rate in the cavity but solidification rates are decrased. In the all solidification models, when the initial water temperature is 0 ºC solidification rates are being higher than the other temperatures. For the melting process, the effects of different cylinder surface temperatures as 4 °C, 7 °C, 15 °C and 20 °C were obtained for single and two cylinders. Maximum melting rates are observed in 20 °C and natural convection effects are seem tense in higher cylinder surface temperatures.
Benzer Tezler
- 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
EnerjiYozgat Bozok ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEVLÜT ARSLAN
- Sıvı akışlı pencere sistemlerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of liquid flow window systems
HALİL İBRAHİM YAMAÇ
- A cfd based analysis of thermal performance for spherical capsules used in ice storage systems
Buz depolama sistemlerinde kullanılan küresel kapsüller için ısı performansı bir cfd tabanlı analizi
ALI JASIM MOHAMMED AL-BAYATI
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECDET ALTUNTOP
- Buz depolamalı sistemlerde ısı transfer yapılarının incelenmesi
The analysis of heat transfer structures in ice storage systems
NESRİN SÖNMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
EnerjiCumhuriyet ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTAN BUYRUK
- Gizli ısı depolamalı iki fazlı termosifon güneş enerjili su ısıtıcısının deneysel olarak araştırılması
Experimental investigation of two-phase thermosyphon solar water heater withlatent heat storage
NİDA ÖZÇELİK