Experimental and numerical investigation on thermal efficiency of an evacuated tube solar collector using nanofluids
Nanoakışkan kullanılan vakum tüplü güneş kollektörünün ısıl veriminin deneysel ve sayısal incelenmesi
- Tez No: 530833
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KAMİL ARSLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 162
Özet
Bu tez vakum tüplü bir güneş kollektörünün ısıl verimini etkileyen faktörlerin belirlenmesi amacıyla yapılan deneysel ve sayısal çalışmalardan oluşmaktadır. Yapılan çalışmada, çalışma akışkanının kütlesel debisi, güneş ışınım şiddeti ve özellikle kullanılan nanoakışkanların hacimsel konsantrasyonlarının kollektör verimi üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Deneysel analizleri gerçekleştirmek için, ortalama 30 nm partikül çapına sahip ZnO nanopartikülleri ile Etilen glikol-saf su (%50:%50 hacimsel) çözeltisi kullanılarak dört farklı hacimsel konsantrasyona (%1.0, %2.0, %3.0 and %4.0) sahip nanoakışkanlar kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar eşzamanlı olarak ölçümler kaydedilerek dış ortam çalışma koşullarında gerçekleştirilmiştir. Vakum tüplü güneş kollektörünün ısıl verimi, verim üzerinde en önemli etkiye sahip olduğu yaygın olarak bilinen ısı kaybı parametresine (Ti-Ta/IT) göre belirlenmiştir. Sayısal analiz sonuçlarını deneysel sonuçlarla karşılaştırmak için, deneysel çalışmalarda kullanılan kütlesel debi ve ısı kaynağı olarak da güneş ışınımı şiddeti sınır şartları uygulanmıştır. Deneysel çalışmalarda kullanılan kütlesel debilerden hesaplanan Reynolds sayıları laminar akış bölgesine karşılık geldiği için analizler buna göre yapılmıştır. Deneysel çalışmaların sonucunda, %3,0 hacimsel konsantrasyona sahip ZnO/EG-Saf Su nanoakışkanın kollektör çalışma akışkanı olarak %26,42 verim artışıyla en iyi performansı gösterdiği belirlenmiştir. %4,0 hacimsel konsantrasyona sahip ZnO/EG-Saf Su nanoakışkanla yapılan deneylerde, parçacık topaklaşmasından dolayı ısıl verimde %3.0'e göre bir azalma olduğu tespit edilmiş olup bu durumun karakterizasyon işlemi ile kanıtlanmıştır. Üç farklı akışkan kütlesel debisi karşılaştırıldığında, her nanoakışkan için en yüksek verim 0.045 kg/s debide elde edilmiştir. Öte yandan HAD analizi sonuçlarına bakıldığında, sayısal analizde akışkanın fiziksel kararlılığı ölçülemediğinden dolayı en yüksek kollektör verimine, %4,0 hacimsel konsantrasyona sahip ZnO/EG-Saf Su nanoakışkan ile ulaşılmıştır. En yüksek verim %67.2 olup bu değer aynı şartlardaki baz akışkanın veriminden %24.93 daha yüksektir. Ayrıca, sayısal analiz sonuçlarının deneysel sonuçlarla kabul edilebilir bir uyum içerisinde olduğu belirlenmiştir. Özet olarak, vakum tüplü güneş kollektörlerinin verimi üzerine deneysel ve sayısal çalışmalar gerçekleştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Present study consists of experimental and numerical analyses about specifying thermal efficiency of an Evacuated U-tube Solar Collector (EUSC). Different parameters affecting the efficiency have been considered that mass flow rate, solar radiation intensity and especially volume concentration of nanofluids. In order to conduct experimental analysis, ZnO nanoparticles having average 30 nm nanoparticle size has been used to constitute nanofluids having four different volume concentrations (1.0%, 2.0%, 3.0% and 4.0%) using Ethylene glycol-pure water (50%:50% by volume) as a base fluid. Experiments have been conducted at outdoor operating conditions by recording measurements simultaneously. Thermal efficiency of the EUSC has been determined according to heat loss parameter (Ti-Ta/IT) as widely utilized since this parameter has major effect on efficiency. As a result of experimental studies, 3.0 vol% ZnO/Ethylene Glycol – Pure Water (EG-PW) nanofluid showed the best performance providing 26.42% efficiency improvement for EUSC. It has been observed that there is a reduction in thermal efficiency in the 4.0 vol% nanofluid due to aggregation which was proven by making a characterization study. When three different mass flow rates were compared, the highest yield was obtained at 0.045 kg/s for each case. Numerical study has been performed with ANSYS-FLUENT 17.0 considering a single evacuated tube by applying same boundary conditions such as mass flow rate inlet and heat flux (solar radiation) in experimental analysis to make a comparison. In CFD analysis, the highest thermal efficiency was achieved with 4.0 vol% ZnO/EG-PW since deterioration of stability of nanofluids could not detected in numerical analysis. The maximum collector efficiency was determined as 67.2% which was 24.93% higher than the 50%EG-PW at 0.045 kg/s. Since the mass flow rates correspond to the Reynolds number laminar flow zone, computations were performed at laminar flow conditions. Furthermore, it has been determined that the collector efficiency values calculated according to the results obtained from the numerical and experimental studies are in harmony with each other. As a summary, a comprehensive study on EUSC efficiency was accomplished both experimentally and numerically.
Benzer Tezler
- Rejeneratörlü klima sistemlerinin ısıl performanslarının deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of thermal performance of regenerator air conditioning systems
TUNAY KARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT GÜR
- Experimental and numerical investigation of system performance of latent heat storage unit integrated with solar assisted heat pump
Güneş enerjili ısı pompasına entegre gizli ısı depolama ünitesinin sistem performansının deneysel ve sayısal incelenmesi
ÇAĞATAY YILDIZ
Doktora
İngilizce
2024
EnerjiKocaeli ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜSLÜM ARICI
DR. MUSTAFA SEÇİLMİŞ
- Gardırop tipi dondurucu buz yapma sistemi giriş bölgesinde sıcaklık dağılımının sayısal ve deneysel incelenmesi
Experimental and numerical investigation of temperature distribution on ice maker system inlet section of built-in freezer
YİĞİT AKALAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAKUP ERHAN BÖKE
- Bir ısıtıcı ve bir termal enerji deposu olarak beton kolonların termal ve mekanik performansının araştırılması
Investigation of thermal and mechanical performance of the concrete columns as a thermal energy storage medi̇um and a heater
EVRİM ÖZRAHAT
Doktora
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN ÜNALAN
- Bir disk içerisinde bulunan faz değiştiren maddenin çarpan jet ile eritme prosesinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Numerical and experimental investigation of the melting process of phase change material in a disc by impinging jet
BURAK KIYAK
Doktora
Türkçe
2024
Enerjiİnönü ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSHAK GÖKHAN AKSOY
PROF. DR. HAKAN FEHMİ ÖZTOP