Helisel alıcı tüp kullanarak konik güneş kollektörün termal analizi
Thermal analysis of conical solar collector using helical absorber tube
- Tez No: 827857
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AHMET NUMAN ÖZAKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Konik güneş kollektörü, helisel soğurucu tüp, kapalı ve açık çevrim, Conical solar collector, helical absorber tube, closed and opened cycle
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 126
Özet
Amaç: Bu çalışmada, helisel soğurucu boru kullanan konik bir güneş kollektörünün ısıl performansının analiz edilmesi, güneş enerjisini ısıl enerjiye dönüştüren bir sistem olarak kullanılması ve çeşitli bilimsel ve yaşamsal amaçlar için kullanılması amacıyla deneysel bir sistem kurulmuştur. Fosil yakıtlara olan bağımlılığı ve bunun çevreye, sağlığa ve insanların geleceğine verdiği zararı ve kirliliği azaltmak için temiz, yenilenebilir bir enerji olarak. Yöntem: Bu amaçla paslanmaz çelik yansıtıcı yüzey, bakır helisel soğurucu boru, su pompası, ısı eşanjörü, halojen projektörler, tank, ölçüm ve kontrol cihazları ve diğerlerinden oluşan konik bir güneş kolektör sistemi kurulmuştur. Laboratuvar içerisinde üç radyasyon yoğunluğunda (800, 900 ve 1000) W/m2 ile güneş radyasyonunu simüle eden radyasyon üretmek için halojen projektörler kullanıldı. Yansıtıcı yüzey ışınları odaklar ve emici tüpe yönlendirir. Sistem iki su döngüsünden oluşur; güneş kollektörünün içinde gerçekleşen kapalı bir döngü olup, burada su tanktan konik kolektöre pompa ile pompalanır. daha sonra helisel emici boruya girer, ısı kazanır ve sıcak olarak çıkar, ardından ısı değiştiriciye geçer, böylece ikinci çevrimi (açık) temsil eden sıcak su ile soğuk su (kullanım suyu) arasında ısı alışverişi gerçekleşir. Kapalı çevrimde beş akış hızı (5, 10, 15, 20 ve 25) kg/saat, açık çevrimde ise üç akış hızı (5, 10 ve 15) L/saat kullanıldı. Deneylerden elde edilen bulgulara bağlı olarak sistemin ısıl performansı ve akış özellikleri incelenmiş, ayrıca simülasyon yazılımı (ANSYS - Fluent) kullanılarak sayısal analizler yapılmıştır. Bulgular: Helisel absorber tüpün giriş ve çıkışı arasındaki su sıcaklık değişiminin en yüksek miktarı 1000 W/m2 ışınım şiddetinde 16,17 °C olup, kapalı çevrimde debi 5 kg/saat, açık çevrimde ise akış hızı 1000 W/m2'dir. 5 L/h ve Do = 10 mm olan helisel emici boru. Do = 10 olan helisel soğurucu tüp kullanıldığında elde edilen ısının en yüksek değeri 1000 W/m2 ışınım yoğunluğunda 139.043 W, kapalı çevrimin akış hızı 25 kg/saat ve OCW 5 L/saat olmuştur. mm. En yüksek Reynolds sayısı 1000 W/m2 ışınım yoğunluğunda, 25 kg/saat ṁ'de ve 8 mm tüp çapında 2030.86'dır, böylece tüm deneyler sırasında akış tipi laminer olmuştur. Nusselt sayısının en büyük değeri şuydu: 3.424, 1000 W/m2 ışınım yoğunluğunda, 25 kg/saat ṁ ve 10 mm çapında sarmal soğurucu tüp kullanılarak. 8 mm çapında helisel soğurucu tüp kullanıldığında basınç düşüşünün en yüksek değeri 25 kg/saat ṁ'de 145,5 mbar olmuştur. Sistemin en büyük verimi 1000 W/m2 ışınım yoğunluğunda, 25 kg/saat kapalı çevrim debisinde, 5 L/saat OCW oranında ve 10 mm çapında helisel soğurucu tüp kullanıldığında %14,83 olmuştur. . Do='lu helisel soğurucu tüp kullanıldığında, ısı eşanjörünün girişi ve çıkışı arasında kullanılan su sıcaklığı değişiminin en büyük miktarı 1000 W/m2 ışınım yoğunluğunda ve CCW 25 kg/saat ve OCW 5 L/saat'te 6.684 °C'dir. 10 mm. Isı eşanjöründeki en büyük faydalı enerji miktarı, 1000 W/m2 ışınım yoğunluğunda 85.384 W olup, helisel soğurucu tüp kullanıldığında kapalı çevrim için akış hızı 25 kg/saat ve açık çevrim için 15 L/saattir. Do= 10 mm ile. Isı eşanjörü etkinliğinin en yüksek değeri, Do= 10 mm'lik bir emici tüp kullanıldığında, 25 kg/saat CCW ve 5 L/saat OCW'de ve 1000 W/m2 ışınım yoğunluğunda 0,55 olmuştur. Bulgular: Kapalı çevrimdeki sıcaklık farkı, radyasyon yoğunluğu ve soğurucu tüpün çapı ile doğru orantılı, açık ve kapalı çevrimdeki akış hızı ile ters orantılıdır. Güneş kollektöründe kazanılan ısı, radyasyon yoğunluğu, kapalı çevrim debisi ve tüp çapı ile doğru orantılı, açık çevrim debisi ile ise ters orantılıdır. Reynolds sayısı akış hızı ve radyasyon yoğunluğu ile doğru orantılı, tüp çapı ile ters orantılıdır. Nusselt sayısı Reynolds sayısı, radyasyon yoğunluğu ve emici tüpün çapı ile doğru orantılıdır. Çalışma akışkanı basıncındaki kayıplar kapalı çevrim debisi, Reynolds sayısı ve boru uzunluğu ile ilişkili olup boru çapı ile ters orantılıdır. Konik güneş kollektörünün verimliliği, çalışma akışkanının debisi, soğurucu borunun çapı, borunun yüzey alanı ve ışınım şiddeti ile doğru orantılı, kullanma suyunun debisi ile ise ters orantılıdır. Isı değiştiricinin girişi ve çıkışı arasındaki sıcaklık farkı, sıcak suyun akış hızı, radyasyon yoğunluğu, tüpün çapı ve yüzey alanı ile doğru orantılı, soğuk suyun akış hızı ile ters orantılıdır. Isı değiştiricide kazanılan faydalı ısı, sıcak ve soğuk suyun debisi, ışınım şiddeti, boru çapı ve yüzey alanı arttıkça artar.
Özet (Çeviri)
Purpose: In this study, an experimental system was established for the purpose of analyzing thermal performance of a conical solar collector using a helical absorber tube, using it as a system for converting solar energy into thermal energy and exploiting it for various scientific and life purposes as a clean renewable energy to reduce dependence on fossil fuels and the pollution and damage it causes to the environment, health and future of people. Method: For this purpose, a conical solar collector system was established which consists of a stainless steel reflective surface, a copper helical absorber tube, a water pump, a heat exchanger, halogen projectors, tank, measuring and control devices, and others. Halogen projectors were used to generate radiation simulating for solar radiation inside the laboratory with three radiation intensities (800, 900 and 1000) W/m2. The reflective surface focuses the rays and directs them to the absorbent tube, The system is composed up of two water cycles, a closed cycle that takes place inside the solar collector, where water is pumped from the tank to the conical collector by the pump, then it enters the helical absorber tube, gains heat and comes out hot, then passes to the heat exchanger, so the heat exchange takes place between hot water and cold water (use water), which represents the second cycle (opened). Five flow rates were used in the closed cycle (5, 10, 15, 20 and 25) kg/h and three flow rates in the open cycle (5, 10 and 15) L/h. The thermal performance of the system and the flow characteristics were studied depending on the findings of experiments, as well as the numerical analysis was carried out by using the simulation software (ANSYS - Fluent). Findings: The highest amount of water temperature variation between intake and outlet of helical absorber tube is 16,17 °C at irradiance intensity of 1000 W/m2 and the flow rate in the closed cycle is 5 kg/h and in the open cycle is 5 L/h and a helical absorber pipe with Do = 10 mm. Highest value of the acquired heat was 139.043 W at irradiance intensity of 1000 W/m2, the flow rate of the closed cycle was 25 kg/h, and the OCW was 5 L/h, using a helical absorber tube with with Do = 10 mm. The highest Reynolds number is 2030.86 at irradiance intensity of 1000 W/m2, ṁ of 25 kg/h, and a tube diameter of 8 mm, so that the type of flow was laminar during all experiments.The largest value of the Nusselt number was 3.424 at irradiance intensity of 1000 W/m2, ṁ of 25 kg/h, and using a helical absorber tube with a diameter of 10 mm. Highest value of the pressure drop was 145.5 mbar at ṁ of 25 kg/h using a helical absorber tube with a diameter of 8 mm. The biggest efficiency of the system was 14,83% at irradiance intensity of 1000 W/m2, a closed cycle flow rate of 25 kg/h, OCW rate 5 L/h, and using a helical absorber tube with a diameter of 10 mm. The largest amount of used water temperature variation between the heat exchanger's intake and exit is 6.684 °C at irradiance intensity of 1000 W/m2 and CCW is 25 kg/h and OCW is 5 L/ h, using a helical absorber tube with Do= 10 mm. The largest amount of useful energy in the heat exchanger is 85.384 W at irradiance intensity of 1000 W/m2 and a flow rate for the closed cycle is 25 kg/h and for the open cycle is 15 L/ h, using a helical absorber tube with Do= 10 mm. The highest value of heat exchanger effectiveness was 0.55 at CCW of 25 kg/h and OCW of 5 L/h and irradiance intensity of 1000 W/m2 when using an absorber tube with Do= of 10 mm. Results: The temperature difference in the closed cycle is directly proportional to the radiation intensity and the diameter of the absorber tube and inversely proportional to the flow rate in the open and closed cycles. The heat gained in the solar collector is directly proportional to the radiation intensity, the closed cycle flow rate and the tube diameter, and inversely proportional to the open cycle flow rate. Reynolds number is directly proportional to the flow rate and radiation intensity and inversely proportional to the tube diameter. Nusselt number is directly proportional to the Reynolds number, the radiation intensity, and the diameter of the absorbent tube. The losses in working fluid pressure is related to the closed cycle flow rate., Reynolds number, and pipe length, and inversely proportional to the pipe diameter. Efficiency of the conical solar collector is directly proportional to the flow rate of the working fluid, diameter of the absorber tube, surface area of the tube and the radiation intensity, and inversely with the flow rate of the use water. The difference in temperature between the inlet and outlet of the heat exchanger is directly proportional to the flow rate of hot water, radiation intensity, diameter and surface area of the tube, and inversely proportional to the flow rate of cold water. The useful heat gained in the heat exchanger, increases with the increase in the flow rate of the hot and cold water, radiation intensity, and the diameter and surface area of the tube.
Benzer Tezler
- Doğrudan absorpsiyon için nano akışkan kullanarak konsantre güneş kolektörünün performans analizi
Performance analysis of concentrated solar collector using nano fluid direct absorption
SALIM MADALLAH MOHAMMED MOHAMMED
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KEVSER DİNCER
- Helisel dişli çarkların boyutlandırılmasında bilgisayar desteği
Computer aid on the dimensioning of helical gears
FATİH KARPAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATİH BABALIK
- Adjustable stiffness vibration isolator/absorber system
Ayarlanabilir direngenlikli titreşim yalıtımı/yutucusu sistemi
SERGEN HAYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇETİN YILMAZ
- Çift borulu helisel bobin ısı değiştiricilerinin nano parçacık ilavesi ile termal performansının hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile analizi
Analysis of thermal performance of double pipe helically coiled heat exchangers with nano particulate additive using computational fluid dynamics
KAAN MUMCUOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜSLÜM ARICI
- Üç kanatlı helisel Savonius rüzgâr türbinlerinin aerodinamik performansına merkezden kaçıklığın ve faz açısının etkisi
The effect of off-center and phase angle on aerodynamic performance of three-bladed helical Savonius wind turbines
MERNUŞ GÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDEM ALIÇ