Energy analysis of a flat plate solar collector using CF-MWCNT and NONCF-MWCNTS/water nanofluids: A CFD based comparison
Düz plaka güneş kollektörünün CF-MWCNT ve NNCF-MWCNTS/su nanosıvılar kullanarak enerji analizi: CFD tabanlı karşılaştırma
- Tez No: 818311
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ CEVAT ÖZARPA, DR. ÖĞR. ÜYESİ OMAR ASSİ HUSSEIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 144
Özet
Termik akışkan sistemlerine metalik parçacıklar eklemek, ısı transferini artırmak için umut verici bir yaklaşımdır, ancak mikro boyutlu parçacıklar içeren süspansiyonların zayıf stabilitesi, uygulamalarını sınırlar. Bu çalışmada, düz plaka güneş kollektörlerinde geleneksel su bazlı sıvıların yerini almak için yeni geliştirilen mono nanoakışkanların kullanımı araştırılmıştır. Bu çalışmada değerlendirilen nanoakışkanlar, kovalent olarak işlevselleştirilmiş çok duvarlı karbon nanotüplerin (CF-MWCNT'ler) ve kovalent olarak işlevselleştirilmemiş çok duvarlı karbon nanotüplerin (NCF-MWCNT'lerin) bir baz sıvısı olarak damıtılmış suda bir kombinasyonu olup sıvı iletkenliğini ve termal verimliliği artırması beklenmektedir. Çalışma, kararlılık, termal iletkenlik, viskozite, özgül ısı kapasitesi ve yoğunluk dahil olmak üzere mono nano sıvıların fiziksel ve termal özellikleri incelenmiştir. FESEM, FTIR, Raman ve XRD gibi çeşitli teknikler, işlevselleştirilmiş malzemelerin morfolojisini ve dağılım stabilitesini karakterize etti. Ultrasonik test süresinde, nanoakışkanların en yüksek kararlılığı 60 dakikada elde edilmiştir. Ölçüm, kovalent işlevselleştirme nanoakışkanlarının (CF-MWCNT'ler) termal iletkenliğinin kovalent olmayan işlevselleştirmeden (NCF-MWCNT'ler) ve damıtılmış sudan daha yüksek olduğunu doğruladı. Sonuç olarak, (CF-MWCNT'ler)'in ısıl iletkenliği ve kararlılığındaki artış (NCF-MWCNT'ler)'den daha yüksekti ve en düşük viskozite, saf sudan 6,4% daha yüksekken, en iyi ısıl iletkenlik gelişimi (30,3%) oldu Nanoparçacıklı ve nanoparçacıksız farklı çalışma sıvılarına sahip düz plakalı güneş kollektörlerinin termal verimliliği, ASHRAE standardı 93-2010 kullanılarak çeşitli hacimsel akış hızlarında (2 L/dk, 3 L/dk ve 4 L/dk) test edilmiştir. Nanoakışkan dolgulu düz levha güneş kollektörlerinin performansının simülasyonu ve çok amaçlı optimizasyonu için ANSYS yazılımı kullanılmıştır. CF-MWCNT'leri karakterize etmek için iç mekân deneyleri yapılmıştır. Sonuçlar, düz levha güneş kollektörünün ısıl veriminin, 4 L/dak'lık bir soğurucu akış hızında, ağırlıkça %0,10 ve ağırlıkça %0,05 nano sıvı ile sırasıyla %18,7 ve %10,4 oranında iyileştiğini göstermiştir. 4 L/dk debide nano akışkan kullanımı, güneş kollektörünün ısıl verimini geleneksel su bazlı akışkanlara kıyasla %84 oranında iyileştirmiştir. Nanoparçacıkların ağırlık yüzdesinin arttırılması, termal enerji kazanımını arttırmış ve daha yüksek bir akışkan çıkış sıcaklığı ile sonuçlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Adding metallic particles to thermal fluid systems is a promising approach to enhance heat transfer, but the poor stability of suspensions containing micro-sized particles limits their applications. This study explores the use of newly developed mono nanofluids to replace conventional water-based fluids in flat plate solar collectors. The nanofluids assessed in this study are a combination of covalently functionalized-multi-walled carbon nanotubes (CF-MWCNTs) and non-covalently functionalized-multi-walled carbon nanotubes (NCF-MWCNTs) in distilled water as a base fluid, are expected to enhance fluid conductivity and boost thermal efficiency. The study examines the physical and thermal properties of the mono nanofluids, including stability, thermal conductivity, viscosity, specific heat capacity, and density.Various techniques such as FESEM, FTIR, Raman, and XRD characterized the morphology and dispersion stability of the functionalized materials. At the ultrasonic test time, the highest stability of nanofluids was achieved at 60 min. The measurement confirmed that covalent functionalization nanofluids (CF-MWCNTs) thermal conductivity was higher than non-covalent functionalization (NCF-MWCNTs), higher than distilled water. In conclusion, the growth in thermal conductivity and stability of (CF-MWCNTs) was higher than (NCF-MWCNTs), and the lowest viscosity was 6.4% higher than distilled water, while the best thermal conductivity improvement was (30.3%) . The thermal efficiency of flat plate solar collectors with different working fluids, with and without nanoparticles, was tested at various volumetric flow rates (2 L/min, 3 L/min, and 4 L/min), using ASHRAE standard 93-2010. ANSYS software was used for simulation and multi-objective optimization of the performance of nanofluid-filled flat plate solar collectors. Indoor experiments were conducted to characterize CF-MWCNTs. The obtained results showed that the thermal efficiency of the flat plate solar collector was improved by 18.7% and 10.4% with 0.10 wt.% and 0.05 wt.% nanofluids, respectively, at an absorber flow rate of 4 L/min. The use of nanofluid at a flow rate of 4 L/min improved the thermal efficiency of the solar collector by 84% compared to conventional water-based fluids. Increasing the weight percentage of nanoparticles enhanced thermal energy gain and resulted in a higher fluid outlet temperature.
Benzer Tezler
- Thermal performance analysis of flat-plate solar collector using nanofluid
Nanoakışkanlı düzlemsel güneş kollektörünün ısıl performans analizi
ZAFER YAVUZ AKSÖZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
EnerjiAydın Adnan Menderes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL BÖĞREKCİ
- Improvement the performance of solar PV thermal by using nanofluids
Nano akışkanlar kullanarak solar PV termal performansının iyileştirilmesi
ALI MAHDI AZEEZ AZEEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATİLLA BIYIKOĞLU
- Design and modeling of dual flow solar air heater in variable absorber plate geometries
Değişken emici plaka geometrilerinde ve çift akışlı güneşli hava ısıtıcısının tasarımı ve modellenmesi
LAYTH THAMER ZUBAIRI ZUBAIRI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
EnerjiKırşehir Ahi Evran ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MERDİN DANIŞMAZ
PROF. DR. NABİL JAMİL YASİN
- Vakum borulu kollektörlerin İstanbul şartlarında teorik analizi
Analysis of different of types vacuum tubular collectors for the condition of İstanbul
NAZAN YARGICI
- Bir yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santrali için organik rankıne çevrimi dizaynı ve modellemesi
Design and modeling of organic rankine cycle for a concentrated solar thermal power plant
ERDEM ACAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK