Geri Dön

Atmosfer altı basınçlardaki dairesel kesitli kapalı ortamlarda ısı transferinin nümerik incelenmesi: Yeni nesil güneş toplayıcısı tasarımı

Numerical investigation of heat transfer of the enclosures with circular cross-section at the vacuum pressures: Designing of a new solar collector

  1. Tez No: 677593
  2. Yazar: HALİT ARAT
  3. Danışmanlar: PROF. DR. OĞUZ ARSLAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Kütahya Dumlupınar Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 252

Özet

Atmosfer altı basınç şartlarında düşük sıcaklıkta buharlaşma ve yoğuşma işlemiyle çift fazlı akışın meydana geldiği dairesel kesitli kapalı ortamlarda etkin bir ısı transferi gerçekleşmektedir. Bu çalışmada, kapsamlı deneysel yöntemler ve yeni bir iki aşamalı birleştirtilmiş nümerik model kullanılarak vakumlu cam ve bakır boruların ısıl performansı üç boyutlu olarak araştırılmıştır. Bu amaçla, Volume of Fluid ve Eulerian çoklu faz modelleri iki aşamalı yeni modelde ele alınmıştır. Sayısal modelin doğrulanması için farklı sıvı hacimleri (5ml, 10ml, 15ml ve 20ml) ve farklı eğim açıları (30o, 45o, 60o ve 90o) kullanılarak vakumlu boru yüzeyinde sıcaklık dağılımı sıvıya dalan kısımda 5 adet teflon izolasyona sahip şaftlı ve diğer kısımlarda 15 adet K tip termokupl olmak üzere toplam 20 farklı noktadan sıcaklık ölçümü ve video ile termal kamerayla kapsamlı bir deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmada, iç çapı, dış çapı ve uzunluğu sırasıyla 26mm, 28mm ve 1500mm olan cam -boru içi fiziksel mekanizmayı detaylı bir şekilde gözlemlemek için- ve bakır boru 6,32kPa mutlak basınç değerine vakumlanarak 355K sıcaklığındaki ısıtıcı su içine daldırılmıştır. Deneysel ve sayısal sıcaklık değerleri her bir zaman adımı için kıyaslanarak ortalama hata oranları bulunmuştur. Hesaplanan bu hata değerleri literatürdeki verilerle karşılaştırılarak sayısal model doğrulanmış ve bu model parametrik (farklı türbülans modelleri, ısı güçleri, vb.) olarak incelenmiştir. Doğrulanan sayısal model kullanılarak literatürde mevcut düzlemsel plakalı güneş kollektöründe giriş ve çıkışı olan borular yerine kapalı vakumlu bakır borular kullanılarak kollektör tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu tasarımda, farklı boru sayıları için düzlemsel plakalı güneş kollektörünün optimum çalışma şartları araştırılmıştır. Farklı durum ve parametreler için yeni nesil güneş kollektörünün enerji ve ekserji verimleri hesaplanarak en yüksek verime sahip kollektörün tasarımı tamamlanmıştır. 8 borulu yeni nesil güneş kollektörü veriminin referans alınan 10 borulu düzlemsel plakalı güneş kollektörü veriminden yüksek olduğu görülmüştür.

Özet (Çeviri)

Effective heat transfer occurs in closed enclosures with circular cross-sections where multiphase flow occurs with low-temperature evaporation and condensation under sub-atmospheric pressure conditions. In this study, the thermal performance of the vacuumed glass and copper pipes was investigated in 3D using comprehensive experimental methods and a new two-stage numerical model. For this purpose, Volume of Fluid and Eulerian multiphase models are selected in a new two-stage model. For the verification of the numerical model, a comprehensive experimental study was carried out with temperature measurement from 20 different points (five teflon-insulated shafts and fifteen K-type thermocouples) on the surface of the vacuumed pipe by using different liquid volumes (5ml, 10ml, 15ml, and 20ml) and inclination angles (30o, 45o, 60o, and 90o), and a video and thermal camera. In the experimental study, the glass - to observe the physical mechanism inside the pipe in detail - and copper pipe with the inner-outer diameter and length of 26-28mm and 1500mm respectively was vacuumed to 6.32kPa absolute pressure and immersed in heating water at 355K. Average error values were found by comparing the experimental and numerical temperature values for each time step. The numerical model was verified by comparing these calculated error values with the data in the literature, and this model was examined parametrically (different turbulence models, heat powers, etc.). Using the validated numerical model, the collector design was carried out using closed vacuumed copper pipes instead of pipes with inlets and outlets in the flat plate solar collector in the literature. In this design, optimum operating conditions of the collector have been investigated for different pipe numbers. By calculating the energy and exergy efficiencies of the new generation solar collector for different conditions and parameters, the design of the collector with the highest efficiency has been completed. It has been observed that the efficiency of the 8-pipe new generation solar collector is higher than the 10-pipe flat plate solar collector's efficiency.

Benzer Tezler

  1. Computational investigation of pool boiling around different diameter horizontal tubes under atmospheric and sub-atmospheric pressure

    Farklı çaplardaki yatay borular üzerinde havuz kaynamanın atmosfer ve atmosfer altı basınçlarda sayısal incelenmesi

    SİNAN ÖZBÖLGİLİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Makine MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GAMZE GEDİZ İLİŞ

  2. Sifonik sistem çatı drenajına etkiyen parametrelerin değerlendirilmesi

    Evaluation of the parameters that effect siphonic roof drainage systems

    GÖKHAN ANDİÇ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NECATİ AĞIRALİOĞLU

  3. Functional new generation surfaces for enhanced phase change heat transfer and electronics cooling

    Gelişmiş faz değişimli ısı transferi ve elektronik cihazları soğutma için fonksiyonel yeni nesil yüzeyler

    VAHID EBRAHIMPOUR AHMADI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Makine MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ KOŞAR

  4. Relative distributions of origanum oil components in oil and sub/supercritical carbon dioxide phases

    Kekik yağı bileşenlerinin yağ ve kritikaltı/üstü karbon dioksit fazlarındaki göreceli dağılımlar

    ŞEYDA ERTUĞRUL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1997

    Kimya MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    PROF. DR. ÖNER HORTAÇSU

  5. Determination of cadmium bound to whey proteins by laser-induced breakdown spectroscopy at low pressures

    Peyniraltı suyu proteinlerine bağlı kadmiyumun lazer oluşturmalı plazma spektroskopi ile düşük basınçlarda belirlenmesi

    İLAYDA YAMAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Kimyaİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞERİFE HANIM YALÇIN