Bir ısıl enerji depolama sisteminde dönme hızının ve kanat sayısının değişiminin ısıl performans üzerindeki etkilerinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the effects of change ofrotation speed and number of blades on thermal performance in a thermal energy storage system
- Tez No: 766870
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ TOLGA DEMİRCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kırıkkale Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 108
Özet
Bu çalışmada enerji depolama sistemlerinde kullanılan faz değiştiren malzemelerin ısıl performansı incelenmiştir. Bu malzemelerin şarj süreleri doğal konveksiyon etkilerinden dolayı uzun süreçler almaktadır. Bu etkileri gözlemlemek ve ısı transfer performansını artırmak amacıyla döner bir iç içe borulu ısı değiştiricisi deneysel olarak incelenmiştir. Bu amaçla sadece iç borunun dönebileceği, sadece dış borunun dönebileceği ve iç-dış boruların birlikte dönebileceği bir ısı değiştiricisi deney düzeneği hazırlanmıştır. Bu deney düzeneğinde iç boru ile dış boru arasında kalan boşluğa faz değiştiren malzeme doldurulmuştur. Isı transfer akışkanı taşıyan iç boru içerisinden su geçirilmiştir. Suyun giriş debisi 3,5 L/dk ve giriş sıcaklığı 70ºC, 75ºC ve 80ºC olacak şekilde sabit tutulmuştur. Isı değiştiricisinin sadece iç borusunun, sadece dış borusunun ve iç-dış borularının döndürüldüğü durumlarda, dönme hızı 12,19, 25 rpm olacak şekilde değiştirilmiş ve sabit ( dönmesiz) durum ile karşılaştırılmıştır. Daha sonrasında iki borunun arasında kalan bölüme 2 ve 4 adet kanat yerleştirilerek, sadece dış borunun 12, 19 ve 25 rpm hızlar ile döndüğü deneyler yapılmıştır. Yapılan deneylerin sonucunda, su giriş sıcaklığı artışının ısı transferini arttırdığı görülmüştür. Sadece dış borunun döndürüldüğü modellerin ısıl performansının diğer modellere oranla daha yüksek olduğu belirlenmiştir. v Dönme hızının artmasının ısı transferi performansını arttırdığı ve erime süresinde azalışa sebep olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Kanatsız çalışmalar arasında en verimli modelin 75ºC ve 25 rpm hız ile iç borunun sabit dış borunun ise döndürüldüğü D 2.3 modeli olduğu belirlenmiştir. D 2.3 modelinin termal iyileştirme oranı %100,7 olarak tespit edilmiştir. Kanat eklenmiş çalışmalarda ise kanat sayısının ve dönme hızının artışı ile erime süresinin kısaldığı ve ısı transfer performansının arttığı gözlemlenmiştir. Kanat eklenmiş geometrilerde, dönme hızının arttırılmasının, kanat sayısının artırılmasına oranla ısı transfer performansı üzerinde daha etkili olduğu belirlenmiştir. Kanatlı çalışmalar arasında en verimli modelin, 4 kanatlı sadece dış borunun 25 rpm hız ile döndüğü ve 75ºC giriş su sıcaklığına sahip H 2.3 modeli olduğu belirlenmiştir. H 2.3 modelinin termal iyileştirme oranı ise %148,6 olarak tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
This study investigated the thermal performance of phase change materials used in energy storage systems. The charging times of these materials take long periods due to natural convection effects. A rotary tube heat exchanger has been experimentally investigated to observe these effects and increase the heat transfer performance. For this purpose, a heat exchanger experiment setup has been prepared in which only the inner tube can rotate, only the outer tube can rotate, and the inner-outer tubes can rotate together. In this experimental setup, phase change material is filled into the space between the inner and outer pipe. Water is passed through the inner tube carrying the heat transfer fluid. The inlet flow rate of the water was kept constant at 3.5 L/min, and the inlet temperature was at 70ºC, 75ºC, and 80ºC. In cases where only the inner tube, only the outer tube, and the inner-outer tubes of the heat exchanger are rotated, the rotational speed is changed to 12, 19, and 25 rpm and compared with the steady (non-rotating) condition. Then, 2 and 4 fins were placed in the section between the two pipes, and experiments were carried out where only the outer pipe rotated at 12, 19, and 25 rpm. The results of the experiments showed that the increase in the water inlet temperature increased the heat transfer. It was determined that the thermal performance of the models in which only the outer tube was rotated was higher than the other models. ix It was concluded that the increase in rotation speed increases the heat transfer performance and causes a decrease in the melting time. It has been determined that the most efficient model among the finless studies is the D 2.3 model, in which the inner tube is fixed, and the outer tube is rotated at 75ºC and 25 rpm. The thermal enhancement ratio of the D 2.3 model was determined as 100.7%. In studies with added fins, it was observed that the melting time was shortened, and the heat transfer performance increased with the increase in the number of fins and the rotation speed. It has been determined that increasing the rotational speed is more effective on the heat transfer performance than increasing the number of fins in the geometries with added fins. It has been determined that the most efficient model among the finned studies is the H 2.3 model with only the outer tube with 4 fins, which rotates at 25 rpm and has an inlet water temperature of 75ºC. The thermal enhancement ratio of the H 2.3 model was determined as 148.6%.
Benzer Tezler
- Gemiler için çözücü bazlı karbon tutma sistemlerinin incelenmesi
An investigation on the solvent based carbon capture systems for ships
ENGİN GÜLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN
- Thermo-elastic analysis and multi objective optimal design of functionally graded flywheel for energy storage systems
Enerji depolama sistemleri için fonksiyonel derecelendirilmiş volan termoelastik analizi ve çok parametreli optimizasyonu
ALPER UYAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM OZKOL
- Grafen nano parçacıklarla katkılanmış farklı erime sıcaklıklarına sahip faz değişken malzeme kompozitlerin termal özelliklerinin belirlenmesi
Determination thermal properties of grafen based nanomaterials doped phase changeable materials which have different melting temperatures
EYUP ERDİŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
EnerjiCumhuriyet ÜniversitesiEnerji Bilimleri ve Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÜMİT NAZLI TEMEL
- Numerical investigation on solar cavityreceiver in inverted position; influence onthermal impact and efficiency
Dönük pozisyonunda güneşli boşluk alıcısınınsayısal incelenmesi; termal ve verimlilik etkisi
SALAR DEYHIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK
- Yenilenebilir enerji destekli ısıl depo tasarımının teorik ve deneysel araştırılması
Theoretical and experimental investigation of thermal tank design supported renewable energy
ÜMİT DENİZ AKYAVUZ