Experimental investigation of using mwcnt and graphene nanoplatelets water-based nanfluids as coolants in PVT systems
PVT sistemlerinde soğutma akışkanı olarak CDKNT ve grafen su bazlı nano akışkan kullanımının deneysel olarak incelenmesi
- Tez No: 600882
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUHAMMET KAYFECİ, DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ UYSAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 116
Özet
Güneş enerjili ısıl uygulamalarda nano akışkan kullanımı konusunda önemli araştırmalar ve bulgular elde edilmesine rağmen, bu sistemler de nano akışkanların optimum kullanımını etkileyen faktörlerin tam olarak anlaşılması için, detaylı teorik ve deneysel çalışmalar yapılmasına ihtiyaç vardır. Fotovoltaik termal (PVT) sistemlerin performansını arttırmada nano akışkan kullanımı son yirmi yılda yoğun şekilde araştırılmakla birlikte hala literatürde önemli eksiklikler bulunmaktadır. Bu çalışma, PVT kollektör performansını arttırmak için nano-akışkanların kullanımının araştırılmasına ve literatüre katkıda bulunmayı amaçlamaktadır. Bu amaçla bir PVT kollektör tasarlanmış, imal edilmiş ve Karabük/Türkiye'de dış şartlarında test edilmiştir. Çalışmada baz akışkan olarak su bulunan, ağırlıkça %0,5 konsantrasyona sahip çok duvarlı karbon nanotüpler (ÇDKNT) ve grafen nano pelletler kullanılmıştır. Nano akışkan deneylerinden önce PVT kollektörde, optimum kütlesel akış debisini belirlemek amacıyla, saf su kullanılarak 0,5; 1,0 ve 2,0 L/dak debide birçok deney yapılmıştır. Bu deneyler, soğutucu akışkan debisinin elektriksel verimden daha çok ısıl verimi etkilediği sonucunu ortaya koymuştur. Ortalama günlük ısıl verim 0,5 L/dak debide %40; 1,0 L/dak debide %56'ya 2 L/dak debide %67'ye yükselirken; günlük ortalama elektriksel verimlilik 0,5 L/dak'da %14,6; 1,0 L/dak'da %14,8'e ve 2,0 L/dak debide %15,0'e yükselmiştir. Ayrıca sistem için optimum hacimsel debi 0,5 L/dak olarak bulunmuştur. Saf su deneylerinde elde edilen sonuçlar esas alınarak nano akışkan deneyleri de 0,5 L/dak debide gerçekleştirilmiştir. Ağırlıkça %0,25 ve %0,5 nano akışkan konsantrasyonu deneylerine göre, konsantrasyon oranı arttıkça PVT elektriksel veriminin arttığı gözlenmiştir. Ayrıca ÇDKNT-su nano akışkanı daha yüksek elektriksel verim artışı gösterirken, grafen nano pellet-su nano akışkanı ile daha yüksek ısıl verim elde edilmiştir. Soğutucu akışkan olarak; saf su, ağırlıkça %0,5 ÇDKNT-su ve ağırlıkça %0,5 grafen nano pellet-su nano akışkanları enerji ve ekserji verimleri yönünden karşılaştırıldığında, PV panel verimi ortalama %14 iken, PVT-su, PVT-ÇDKNT ve PVT-grafen nano pellet enerji verimleri sırasıyla %53, %57 ve %63, ekserji verimleri ise sırasıyla %11, %12 ve %21 olarak bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
Despite considerable researches and significant achievements of using nanofluids in solar thermal applications, more detailed theoretical and experimental studies are needed to enrich the understanding of factors affecting the optimum use of nanofluids in solar thermal systems. Although increasing the performance of photovoltaic thermal (PVT) systems by using the nanofluids as working fluids have gained the attention of researchers in about last two decades, still, there is a lack in the literature associated to this application. This study contributes to the investigations and researches of using the nanofluids to increase the performance of PVT collectors. A PVT collector with serpentine type heat exchanger has been designed, constructed and outdoor tested in Karabuk, Turkey. The considered working fluids in this study are MWCNTs (multi walled carbon nanotubes), and graphene nanoplatelets dispersed in water as a base fluid with a concentrations of 0.25 wt% and 0.5 wt%. Prior to the nanofluids experiments, there were several experiments had been conducted with distilled water at flow rates of 0.5, 1.0 and 2.0 L/min to determine the optimum flow rate for the PVT collector. The results of these experiments revealed that changing the flow rate of the coolant greatly affecting the thermal efficiency more than the electrical efficiency. The average daily thermal efficiency increased from 40% at 0.5 L/min to 56% at 1.0 L/min and to 67% at 2.0 L/min whereas the average daily electrical efficiency increased from 14.6% at 0.5 L/min to 14.8% at 1.0 L/min and 15.0% at 2.0 L/min. Moreover, The working fluid flow rate of 0.5 L/min is the optimum flow rate for the system. Based on the distilled water experiments, all the experiments of the aforementioned nanofluids were run at volume flow rate of 0.5 L/min. According to the results of 0.25 wt% and 0.5 wt% nanofluid concentrations, the higher concentrations of nanofluids the better enhancement in PVT electrical efficiency. Moreover, the MWCNT-water nanofluids showed better electrical efficiency enhancement whereas graphene nanoplatelets-water nanofluids showed higher thermal efficiency. According to energetic and exergetic analytical comparison performed among distilled water, 0.5 wt% MWCNT-water nanofluid and 0.5 wt% graphene nanoplatelets-water nanofluid coolants, the total energetic efficiency for PVT-water, PVT-MWCNT, and PVT- graphene nanoplatelets were 53%, 57% and 63% respectively when the PV module efficiency was 14% in average, while the percentage enhancement in total exergetic efficiency was 11%, 12%, and 21% for PVT-water, PVT-MWCNT nanofluid, and PVT-graphene nanoplatelets nanofluid respectively relative to PV module.
Benzer Tezler
- Development of a composite materials based fuel cell through modeling and experimental studies
Kompozit malzemelere dayalı bir yakıt pilinin modelleme ve deneysel çalışmalarla geliştirilmesi
GÜVENÇ UMUR ALPAYDIN
Doktora
İngilizce
2021
EnerjiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAN ÖZGÜR ÇOLPAN
PROF. DR. YILSER DEVRİM
- Nano kompozit elastomerik elektrik iletken malzemelerde çatlak oluşum ve ilerlemesinin dıc metodu yardımı ile deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of crack initiation and propagation for electrical conductive nanocomposite elastomer materials with dic method
AHMAD NASER ALDEEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT YAZICI
- Aramid fiber takviyeli kompozitlerde nanopartikül takviyesinin mekanik ve balistik özelliklere etkilerinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the effects of nanoparticle reinforcement on mechanical and ballistic properties of aramid fiber reinforced composites
SERKAN BATI
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBatman ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAHYA HIŞMAN ÇELİK
- Investigation of hydrogen production from sodium borohydride hydrolysis with supported metal catalyst
Destekleniş metal katalizör ile sodyum borohidrit NaBH4) hidrolizinden hidrojen üretiminin incelenmesi
TUQA MAJEED HAMEED AL-MSRHAD
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Kimya MühendisliğiAtılım ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YILSER DEVRİM
- PV/T sistem performansına zorlanmış hava/nanoakışkan çiftlerinin etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the effect of forced air/nanofluid pairs on PV/T system performance
GÖKHAN SEFER
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiGebze Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN KARSLİ