CFD based thermal and hydraulic performance investigation of air heating plate type solar collectors with different duct profiles
Farklı kanal kesitlerine sahip hava ısıtıcı güneş kolektörlerinin CFD yöntemi ile ısıl ve hidrolik performanslarının incelenmesi
- Tez No: 416859
- Danışmanlar: PROF. DR. FİGEN KADIRGAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Enerji Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 83
Özet
Bu çalışmada, geleneksel düz plaka soğurucu yüzeyli hava ısıtıcı güneş kolektörün akış kanalında değişiklik yapılarak yeni bir alternatif önerilmiş ve bu alternatifin ısıl ve hidrolik performansı geleneksel ile karşılaştırılmıştır. Akış kanalları CFD (Sayısal Akışkanlar Dinamiği) yöntemi ile incelenmiştir. Akış kanalları 20mm yüksekliğinde ve 800mm genişliğindedir. Giriş bölgesi 760mm, soğurucu yüzeyin bulunduğu test bölgesi ise 1600mm derinliğindedir. Geleneksel tasarımda soğurucu yüzey bir plakadan ibarettir. Önerilen tasarımda ise soğurucu yüzey ile alt plaka arasına sıkıştırılmış, 50mm aralıklarla yerleştirilmiş 1mm kalınlığında kanatçıklar vardır. Akış kanallarının üç boyutlu modellenmesi ve sayısal analizler ANSYS Fluent yazılımı ile gerçekleştirilmiştir. Akışkan olarak hava, kanal malzemesi olarak alüminyum kullanılmıştır. Sadece akış kanalı ve hava modellenmiş, çevreyle etkileşim sebebiyle oluşabilecek ısı kayıpları ihmal edilmiştir. Analizler, 1000W/m2 sabit ısı akısına maruz kalan soğurucu yüzey ve 3000 ile 10000 arasında değişen Reynolds sayılarındaki hava akışı için gerçekleştirilmiştir. Analizler sonunda, soğurucu yüzey ile havanın ortalama sıcaklıkları ve meydana gelen basınç kaybı kaydedilmiş, ortalama ısı transfer katsayıları, Nusselt sayıları ve Darcy sürtünme faktörleri hesaplanmıştır. İki kanalda da, akış hızlandıkça, ısı transfer katsayısı artmakta, giriş çıkış sıcaklık farkı, ortalama hava ve soğurucu yüzey sıcaklıkları azalmakta ve kanaldaki basınç kaybı artmaktadır. Önerilen tasarımda, geleneksel tasarıma göre daha düşük soğurucu yüzey sıcaklıkları ve daha yüksek ortalama hava sıcaklıkları gözlemlenmiştir. Ayrıca, hesaplanan ortalama ısı transfer katsayısı daha yüksek olmasına rağmen, akış daha küçük kesitli kanallara yönlendiği için küçülen hidrolik çap sebebiyle daha düşük Nusselt sayıları gözlemlenmiştir. Ancak, kanatçıkların eklenmesi ile basınç kayıpları artmış ve Darcy sürtünme faktörünün de daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, two different designs of air heating solar collector ducts were analyzed using Computational Fluid Dynamics. A conventional rectangular duct of 800mm width and 20mm height with flat absorber plate and a proposed duct with fins installed below flat absorber plate were compared within the frame of thermal and hydrodynamic properties. Fins had 1mm thickness, were 50mm apart from each other and were compressed between absorber and back plates. Modeling and steady state analysis were carried out using ANSYS Fluent 15.0 software. Two ducts were modeled in three dimensions with 760mm deep entrance region and 1600mm deep test region. Working fluid was air, duct and fin materials were aluminum. The effect of fins on air and absorber plate mean temperatures, heat distribution, heat transfer coefficient, Nusselt number, pressure drop, friction factor and performance enhancement ratio was investigated for Reynolds number ranging from 3000 to 10000 and constant heat flux of 1000 W/m2. It was found that increasing Reynolds number increases the thermal performance of the ducts by increasing heat transfer coefficient; and increases pressure drop. When finned duct was compared with flat duct, higher air mean temperature, lower absorber plate temperature, therefore better heat distribution; however more pressure drop was observed. Thermo hydraulic performance of finned duct was determined by calculating overall enhancement ratio in order to discuss the overall effect fins. Although average heat transfer coefficient was increased with the addition of fins, reduction of flow hydraulic diameter due to fins caused reduction in Nusselt number.
Benzer Tezler
- Investigation of fuel sloshing in an aircraft wing fuel tank using ANN and CFD
Bir uçak kanat yakıt deposunda yakıt çalkantısının YSA ve HAD kullanılarak incelenmesi
KEREM KARAHAN
Doktora
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI
- Boruda ısıtıcı yüzey üzerine yerleştirilen yenilikçi vorteks üretici tasarımlarının geko türbülans modeli ile ısıl performansının sayısal analizi
Numerical investigation of the thermal performance of innovative vortex generator designs placed on the heated surface in a pipe with the geko turbulence model
NECİP HAZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiYozgat Bozok ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN ZAHİT DEMİRAĞ
DR. ÖĞR. ÜYESİ ATİLA ABİR İĞCİ
- AP1000 muhafaza kabı pasif soğutma sisteminin hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile incelenmesi
Investigation of AP1000 passive containment cooling system with computational fluid dynamics (CFD)
UĞUR KÖSE
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Nükleer MühendislikHacettepe ÜniversitesiNükleer Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEMİL KOCAR
- Numerical investigation of thermal and hydraulic performance a twisted tube modified by using 'cuo/water' nanofluid
'Bakır oksit-su' nano akışkanlığı kullanarak helezon hortumun termal ve hidrolik performansının sayısal incelemesi
MOHAMMED AHMED MOUSA AL-HAMEEDAWI
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEYSEL ÖZCEYHAN
- Numerical simulation of thermal and hydraulic transport of nanofluids in minichannels
Minikanallarda nanoakışkanların termal ve hidrolik taşınmasının sayısal simülasyonu
NEVZAT AKKURT
Doktora
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiUniversity of Wisconsin-MadisonMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. Timothy A. Shedd