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
- Tez No: 838082
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MERDİN DANIŞMAZ, PROF. DR. NABİL JAMİL YASİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Güneş kollektörü, Hava Isıtıcı, HAD, Oluklu plaka, Trapez Kanal, Solar Air Heater (SAH), Solar collector, CFD, U -corrugated plate
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Kırşehir Ahi Evran Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 174
Özet
Bu çalışmada farklı tipte emici plakalara sahip çift akışlı güneş enerjili hava ısıtıcıların deneysel ve sayısal analizi sunulmaktadır. Çalışmada, optimum termal verimliliği belirlemek için ANSYS Fluent yazılımı kullanılmak üç tip emici plaka (düz plaka, trapez plaka ve iki farklı akıştaki U-oluklu plaka) hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analiz yapılacak sonuçlama şümul edilmiştir. Deneysel açışmayaı içeren düz plakalı, u-oluklu plakalı ve trapez plakalı bir güneş enerjili hava ısıtıcısının deneysel araştırması, Irak'ın Bağdat şehrinde açık havada gerçek hava koşullarında test edilmiştir. Oluklu ve düz plâkalı emicilerle birlikte kullanım ak üzere adaptif boyutlarda (100 x 50 x 15 cm) çift akışlar bir güneş enerjili hava ısıtıcı imal edilgi. Kollektörler arasındaki tek ayrım emici plakalardır. Geometri, kesit yüzey alan ve yalıtım malzemeleri dahil olmak üzere diğer tüm öz ellikler aynı kalmıştır. Tüm kolektörler, aynı meteorolojik koşullar ve eğim açıları altında güneşe maruz kalırken aynı hava kütlesi ve akış hızında çalıştılar. Bu çalışma esas olacak, düz plakalı güneş hava ısıtıcısını, sıradan pürüzsüz plaka ve oluklu plakalar gibi çeşitli emici plaka şekilleriyle deneysel ve sayısal olacak analiz etme ve karşılaştırmalı olacak verimlerini ortaya kaymağı amaçlamaktadır. Is transfer alanını arttırmak, elde edilecek güneş enerjili hava ısıtıcısının termal performansını ve buna bağlı olacak akış koşullarına göre sonunda kollektör verimliliğinin artmasını sağlar. Güneş enerjili hava ısıtıcılarının çalışma mekanizmaları genellikle basittir ve ısı transferindeki pasif iyileştirmeler en çok başvurulan yöntemdir. Akış havasının plaka etrafında alt ve üst yüzeyi dolanarak ısı emiliminin sağlanması faydalıdır. Hava, emici plakaların üzerindeki çift akışlı güneş enerjili ısıtıcısıya girer ve hava sıcaklığını mümkün olduğunca maksimum düzeyde artırmak için plakanın arka tarafına geri döner. Testlerde hava giriş hızı için dört farklı değer kullanıldı. Bu değerler 0.5, 1, 1.5 ve 2 m/s olmak üzere hava koşullarındaki minimum ve maksimum adaptif koşulları temsil etmektedir. Nümerik çalışmada, modelin geometrisi SOLIDWORKS 2018 yazılımı kullanılacak oluşturuldu ve ANSYS Fluent Workbench 2020 R2 kullanılarak hesaplamalar yaptırıldı ve simüle edilgi. Deneysel testte, simülasyon kurulumunu doğrulamak ve simülasyonu belirlemek için Nisan 2022 ve Mayıs 2022'de Bağdat'ta birkaç gün boyunca gerçek hava koşullarında çift akışlı bir güneş hava ısıtıcı test edildi ve sistemin termal performansı belirlendi. Sonuçlar; düz plakalı, U-oluklu plakalı ve trapez plakalı güneş enerjili hava ısıtıcısının termal verimliliğinin sabit 0,0046 kg/s değerindeki kütle debisinde sırasıyla %43, %51, ve %54 olduğunu gösterdi. Bununla birlikte, çift akışlı güneş enerjili hava ısıtıcısının termal verimliliği, akışın yönü paralelden karşıt akışa değiştirildiğinde %51'den %56'ya yükseldiği belirlendi. U-oluklu plakalı güneş enerjili hava ısıtıcısının karşıt akışla diğer plakalardan optimum konfigürasyon sağladığı sonucuna varıldı. Ayrıca, yapılan testler, oluklu plakaların kullanılmasının, kollektörlerin verimliliğini ve havanın çıkış sıcaklığını arttırdığını ortaya koymuştur. Deney ve teorik araştırma sonuçlarına göre, aynı çalışma koşulları altında, çift akışlı oluklu i güneş hava ısıtıcısı, çift akışlı ve geleneksel düz plakalı güneş enerjili hava ısıtıcısından termal olarak daha iyi performans gösterir. Düz plaka üzerindeki oluk, emici plaka boyunca iyi bir hava akışı sağlar ve ısı transfer hızını arttırır. Kollektörün akış yöünden ölü bölgelerini en aza indirir ve türbülanslı akış ortamları oluşturur. Hava akışına ters akışlı U-oluklu plaka en iyi modeldir ve 0.0046 kg/s kütle akış hızında termal verimlilik %56 olarak hesaplandı. Aynı kütle akış hızında iken düz plaka için %43, u-oluklu paralel hava akışına için 51% ve trapez plaka 54% değerleri hesaplandı. Ayrıca, sonuçlar ΔT maksimum sıcaklık farkının, 0.0011 kg/s kütle akış hızında hava akışına zıt yöndeki U-oluklu plaka için 51 °C olduğunu göstermektedir. Aynı kütle akış hızında iken düz plaka için 47.4 °C, u-oluklu paralel hava akışına için 48.2 ve trapez plaka için 48.5 °C olarak ölçüldü. Nihai değerlendirme olarak nümerik analiz sonuçlarının ve deneysel sonuçların karşılaştırılmasında termal verimlilik ortalama değerinin %5.7 varyasyonla iyi bir uyum içinde olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This paper presents an experimental and numerical analysis of a dual-flow solar air heater (SAH) with 4 different types of absorber plates: flat, trapezoidal, and ucorrugated parallel and counter flow. The experimental study was conducted in Baghdad, Iraq (33.31ºN, 44.36ºE) and was carried out on different days between April and May 2022. It includes tests conducted under different outdoor weather conditions. The surface azimuth angle was zeroed by positioning the solar collector in a southerly orientation with a tilt angle from the horizontal. For the inlet conditions of the dual-flow SAH, the evaluation was performed using air flow rates ranging from 0.0011, 0.0023, 0.0036, and 0.0046 kg/s. Furthermore, numerical calculations were performed using ANSYS Fluent commercial software to compare the optimum thermal efficiencies of these three types of absorber plates, determine their performance, and validate them by computational fluid dynamics (CFD). The experimental results showed that the thermal efficiencies of solar air heaters with flat, U-groove, and trapezoidal plates were 43%, 51%, and 54%, respectively, at an inlet flow condition of 0.0046 kg/s. However, it was determined that the thermal efficiency of the SAH increased from 51% to 56% when applied for an airflow that is not parallel to the direction of the plate (counter flow). At this flow rate, the average efficiency of the dual-flow SAH with a flat plate was calculated to be 42.80%, 51.33% for a u-corrugated with parallel airflow, 54.38% for a trapezoidal corrugated plate with the reverse flow and 55.53% for a u -corrugated plate with the counter flow. It is concluded that the counter-flow u-corrugated plate heater is the optimum configuration and gives the best results compared to the other plates. A comparison of the simulated numerical calculations and experimental results showed good agreement with an average variation in thermal efficiency of 5.7%.
Benzer Tezler
- Channel modeling for vehicular visible light communication
Araç görünür ışık iletişimi için kanal modelleme
HOSSIEN BADR HOSSIEN ELDEEB
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. MURAT UYSAL
- Çift ısıtma sistemli endüstriyel çamaşır makinesinin modellenmesi ve kontrolü
Modeling and control of an indüstrial washing machine with a dual heating system
GÖKHAN EREN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEVENT ÇETİN
- Jet motorlarında kullanılan yakıt enjektörlerinin çok fazlı akış karakteristiklerinin incelenmesi
Investigation of multiphase flow characteristics of jet engine fuel nozzles
MUSTAFA BAL
Doktora
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAKUP ERHAN BÖKE
DOÇ. DR. ÖZGÜR ERTUNÇ
- Çifte kaynak kısıtlı grup teknolojisi üretim sistemlerinin bozucu faktörlere dayanıklı tasarımı
Robust design of dual resource constrained group technology production systems
MUSTAFA AKHUN
Doktora
Türkçe
1999
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. M. BÜLENT DURMUŞOĞLU
- Experimental investigation and multidimensional modeling of biogas effects on the diesel engine combustion characteristics
Bir dizel motorun yanma karakteristiklerine biyogaz etkisinin deneysel ve nümerik incelenmesi
HASAN KÖTEN
Doktora
İngilizce
2014
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ZAFER GÜL