Solar termal sistemlerde kullanılmak üzere değişken kesitli parabolik kollektör tasarımı, optimizasyonu ve termodinamik analizi
Design, optimization and thermodynamic analysis of a parabolic trough collector with varying cross-section for utilization in a solar-thermal system
- Tez No: 535970
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SONGÜL AKBULUT ÖZEN, PROF. DR. AKIN BURAK ETEMOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 78
Özet
Yoğunlaştırmalı güneş enerjisi sistemleri, birincil enerji kaynağı olan güneşten faydalanma yöntemlerinden biridir. En yaygın yoğunlaştırmalı güneş enerjisi sistemleri parabolik oluk kollektörleridir. Parabolik oluk aynalar, güneş ışınımını bir doğrultuda yansıtır. Bu doğrultuya yerleştirilen bir soğurucu ile güneş enerjisi ısıl enerjiye dönüştürülür. Bu kollektörler gerek elektrik enerjisi üretiminde gerekse proses ısısı sistemlerinde kullanılmaktadır. Parabolik oluk kollektörlerin yaygınlaşması ve verimlerinin arttırılması için farklı araştırma geliştirme çalışmaları süregelmektedir. Bu çalışmaların çoğu soğurucu yapısını veya akışkan özelliklerini değiştirerek ısı transferi miktarını arttırmayı amaçlamaktadır. Öte yandan toplayıcı yüzeyiyle ilgili çalışma sayısı görece daha azdır. Bu tez çalışmasında, odaklamalı güneş enerjisi sistemlerinde kullanılmak üzere değişken parabolik kesitli yeni bir yüzey tanımlanmıştır. Bu yüzeyin eksen boyunca parabolik kesidi değişirken, odak doğrultusu aynı kalmaktadır. Tanımlanan yüzeyin ısıl performansa etkilerini incelemek üzere numerik bir model kurulmuştur. İlk aşamada Matlab programında yazılan bir kod ile yüzeye ait geometrik parametreler girilerek yüzey sonlu parabolik elemanlara ayrılmış ve her bir elemana ait konum ve odak uzaklığı gibi veriler elde edilmiştir. Daha sonra bu veriler bir ışın takip programı olan SolTrace'e aktarılarak soğurucu üzerinde gerçekleşen ısı akısı profili elde edilmiştir. Sonrasında bu ısı akısı profili bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği programı olan ANSYS CFX'e aktarılarak, akış-ısı transferi simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Kurulan modelin doğruluğu literatürdeki diğer sonuçlarla karşılaştırılarak tayin edilmiştir. Ayrıca eleman sayısından bağımsızlık çalışması gerçekleştirilmiştir. Geleneksel parabolik oluk kollektörlerin aksine tanımlanan geometri soğurucu boyunca asimetriktir. Bu nedenle akış yönü bir tasarım parametresi haline gelmektedir. Bu iki durum girişte yüksek ısı akısı (GYI) ve çıkışta yüksek ısı akısı (ÇYI) olarak tanımlanmıştır. Ayrıca tanımlanan kollektör yeni bir geometrik parametre içermektedir. Bu parametre uçlardaki odak uzaklıklarının birbirine oranıdır (k). Bu parametre ile birlikte akış yönünün etkileri aynı zamanda sabit kesitli referans durumu da göz önüne alınarak incelenmiştir. Çalışmanın sonuncunda artan 𝑘 faktörü ile akış karakteristiklerindeki değişimin arttığı gözlemlenmiştir. Herhangi bir büyüklüğün artması veya azalmasının ise akış yönüne bağlı olduğu belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
One of the methods to utilize solar energy, which is the primary source of energy is concentrated solar power systems. Parabolic trough collectors are one of the most common systems. They consist a parabolic mirror which focuses sun rays to a focal line and an absorber placed along this line converts solar energy to thermal energy. These collectors are employed both for power and process heat generation. Different studies are being conducted to achieve higher thermal efficiencies which enable these collectors to become more popular. Most of the studies are focusing on either different absorber configurations or different heat transfer fluids to achieve higher heat transfer rates. On the other hand, the number of studies which are about reflector's structure is relatively low. In this study, a novel parabolic surface is defined. This surface contains a fixed focal line while the focal distance varies throughout the length of the absorber. A numerical method is developed to investigate the effect of this surface on thermal performance. Through a Matlab code, with the input of geometrical parameters, the surface is divided into smaller parabolic segments, and each elements' data of focal length and location is obtained. Then this data is applied to the SolTrace, an open source ray tracing software, to obtain the heat flux profile around the absorber. Then achieved heat flux applied to the ANSYS CFX, a computational fluid dynamics program, and flow and heat transfer simulations are conducted. Model's results are compared with the other results given in the literature, for validation. Also, grid independence studies are performed. Unlike the conventional parabolic reflectors, defined geometry is asymmetrical trough the length of the absorber thus flow direction becomes another design parameter. These flow configurations are named as higher flux at the inlet (HFI) and higher flux at the outlet (HFO). The defined geometry also holds an additional geometric factor, the ratio of focal lengths (k) at the ends. The effects of this parameter and flow direction on the flow properties were investigated. With increasing k, effects become more visible, and the flow direction determines if the impact is positive or negative on that characteristic.
Benzer Tezler
- Performative analysis and design of a responsive gyroid shading system for façades
Cepheler için duyarlı gyroid gölgeleme sisteminin performatif analizi ve tasarımı
DENİZ TUTUCU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ETHEM GÜRER
- Elektrik üretim teknolojilerinin maliyetlerine derin bir bakış: Türkiye
Deep dive into power generation technology costs: Turkey
BURAK ELİBOL
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
EnerjiHacettepe ÜniversitesiTemiz Tükenmez Enerjiler Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. ÖZGÜR EKİCİ
- Prediction of the heating season indoor thermal data based on short-term measurement
Kısa süreli iç ortam ölçüm verisine dayalı ısıtma sezonu tahmini
SAMI SHAMS ALDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HATİCE SÖZER
- Güneş pili sistemleri için tasarlanmış şebekeye bağlı eviricinin gerçeklenmesi
Validation of grid connected inverter designed for solar cell
ABDURRAHMAN BEŞİKÇİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. R. NEJAT TUNCAY
- Kuvars tüplü katı parçacıklı güneş alıcısı için hesaplamalı akış dinamiği analizi
Computational fluid dynamics analysis for a quartz tube solid particle solar receiver
MEHMET BÖLÜK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENEM ŞENTÜRK LÜLE