Assesment of the predictive capability of eulerian-eulerian modeling approach for the spouted bed thermal receivers
Euler-euler modelleme yönteminin taşkın yatak ısıl alıcıları için kestirim yeteneğinin değerlendirilmesi
- Tez No: 899819
- Danışmanlar: PROF. DR. MURAT KÖKSAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 148
Özet
Konsantre güneş enerji (KGE) uygulamalarında, doğrudan ışıma ile ısınan akışkan/taşkın yataklı parçacık alıcılarının 1100 °C'den daha yüksek sıcaklıklarda termal enerjiyi depolayabilme potansiyelleri vardır. Bu nedenle, akışkan/taşkın parçacık alıcıları gelecek nesil KGE sistemlerine entegre edilebilecek en iyi alıcılar olarak göze çarpmaktadır. Ayrıca, KGE uygulamaları için önerilen carboHSP ve olivin gibi parçacıklar yüksek yoğunluğa (2500 kg/m³'ün üzerinde) ve 1 mm veya daha büyük parçacık boyutlarına sahip olduklarından, akışkan yataklar yerine daha az yatak basınç düşüş özelliğine sahip olan taşkın yataklarda kullanılmaları tercih edilmektedirler. Literatürde KGE uygulamaları kapsamındaki taşkın yatakların sayısal termal modelleme çalışmaları sınırlı sayıda bulunmaktadır. Eulerian-Eulerian yaklaşımı, katı fazının gaz fazı gibi sürekli akışkana göre tanımlanabildiği, yaygın olarak kullanılan bir modelleme tekniğidir. Aynı zamanda çok fazlı akış (ÇFA) modeli olarak da bilinir. Literatüründeki çoğu taşkın yataklar için yapılan ÇFA model çalışmaları gaz-katı akış dinamiklerini incelemelerine karşın mevcut termal çalışmalarında gaz-katı akış dinamiklerinden kaynaklı etkileri detaylı bir şekilde ele almamışlardır. Ayrıca, ÇFA yaklaşımı ile güvenilir modeller geliştirmek için çeşitli tamamlayıcı denklemler kullanılarak hidrodinamik ve termal özelliklerin karşılaştırılmasına ve değerlendirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu yüzden, hidrodinamik ve termal performanslarının eşzamanlı değerlendirerek ÇFA'nın tahmin yeteneğinin araştırılması bu tezin amacını oluşturmaktadır. Termal enerji depolama sisteminin yalnızca taşınımla soğutma ile enerjisini boşaltma davranışlarının araştırılması bu tezin kapsamını oluşturmaktadır. Radyasyon ile ısıtma tez kapsamına alınmamıştır. Bu kapsamda, farklı veri setleri (He vd. (1994a; 1994b), Patil vd. (2015) ve Özdemir (2024)) doğrulama için seçilmiştir. He vd.'nin (1994a; 1994b) veri seti sadece gaz-katı akış dinamikleri içindir. Patil vd. (2015) ve Özdemir 2024 ise KGE sistemlerindeki termal enerjiyi taşınımla soğutma davranışını modellemeye yardımcı olacak termal veri setleri sunmaktadırlar. Modelleme çalışmalarında ANSYS FLUENT yazılımı kullanılmıştır. Fazlar arası ısı transferi ile farklı etkin termal iletkenlik modelleri kullanıcı tanımlı fonksiyonlar yardımıyla yazılımın içine eklenmiştir. Sonuçlara göre hidrodinamik ÇFA parametrelerinden sürüklenme modelinin ve parçacıların elastik çarpışma oranının, kabul edilebilir derecede doğru çözümler elde etmek için hidrodinamik açıdan en kritik parametreler olduğu gösterilmiştir. Diğer taraftan, fazlar arası ısı transfer katsayısının, katı fazın etkin termal iletkenliğinin ve duvar sınır koşullarının uygun tanımlanması ile yatağın soğutma veya termal enerjiyi boşaltma davranışlarının doğru modellenmesi için gerekli olduğu termal taraftaki sonuçlara göre gösterilmiştir. Gunn (1978) tarafından önerilen fazlar arası ısı transfer katsayı korelasyonuna göre parçacığa ait Nusselt sayısı (Nup) akışkan yatak literatüründeki ölçümlerle tutarlılık sağlarken, Zehner ve Schlunder (1970) modelinin katı fazın etkin termal iletkenliği, kinetik teori yaklaşımından daha iyi performans gösterdiği bulunmuştur. Modelleme çalışmaları kapsamında enerji dengesinin incelenmesi ve modele ait ağ hassasiyet çalışmalarının yapılması literatürde genellikle göz ardı edilen iki önemli konudur. Hidrodinamik parametreler kapsamında elde edilen bir ağ hassasiyet çözümü, termal analiz çalışmaları için ağ hassasiyetini garanti etmemektedir. Termal modelleme çalışmaları, daha küçük ağ boyutlarında yapılması gerekebilir. Son olarak, carboHSP parçacıklarının termal enerjilerini boşaltma davranışlarına ait modelleme çalışma sonuçları, Özdemir (2024) veri seti ile karşılaştırılmıştır. ÇFA yaklaşımı ile gerçekleştirilen 100 saniyelik modelleme çalışması sonuçlarına göre soğutma davranışlarının deneyin sonuçlarına ait genel eğilimleri yakalayabildiği görülmüştür. Yataktaki üç yerden elde edilen verilere dayanarak modelleme ile deneysel sonuçlar arasındaki maksimum sıcaklık farkının 7-8 °C olduğu gözlenmiştir. Diğer taraftan ise soğutma hızları oldukça benzerlik göstermektedir. Ayrıca, ÇFA modelleme çalışmaları kapsamında carboHSP parçacıklarının soğutma davranışı hakkında bazı fiziksel öngörüler sağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Directly irradiated fluidized/spouted particle receivers can potentially store thermal energy at higher temperatures than 1100 °C in concentrated solar power (CSP) applications. Therefore, these types of thermal receivers are good candidates for the next-generation CSPs. Furthermore, particles suggested for CSP applications such as carboHSP and olivine have high density (larger than 2500 kg/m3) and for particles sizes of 1 mm or more, spouted beds are usually preferred over fluidized beds due their low bed pressure drop characteristics. The number of thermal numerical studies on the spouted beds for CSP applications are limited in the literature. One commonly used modeling approach is the Eulerian-Eulerian approach (also known as TFM) where both solid phases is defined as a continuum similar to gas phase. Most TFM studies in the spouted literature investigates the gas-solid flow dynamics whereas available thermal studies do not address the gas-solid flow dynamics in detail. Furthermore, TFM approach needs various constitutive equations and adjustment of hydrodynamic and thermal properties for which a comparative assessment is needed to develop reliable models. Therefore, the aim of this thesis is to investigate the prediction performance of TFM for the CSP thermal storage applications in spouted beds assessing the hydrodynamic and thermal performance simultaneously. The scope of the thesis is limited to discharge behaviour of the thermal storage system by convective cooling. The radiative heating has not been considered. In this context, there different data sets were selected (He et al. (1994a; 1994b), Patil et al. (2015) and Ozdemir (2024)) for validation. While He et al.'s (1994a; 1994b) data set is strictly for gas-solid flow dynamics, Patil et al. (2015) and Ozdemir (2024) provide thermal data sets for convective cooling simulating the discharge behaviour in CSP systems. For the simulations, ANSYS FLUENT was used and interphase heat transfer and different effective thermal conductivity models were implemented using user defined functions. The results indicate that amongst the hydrodynamic TFM parameters the drag model and the restitution coefficient are the most critical ones from hydrodynamics perspective to obtain reasonably accurate solutions. On the thermal side, the gas-solid interphase heat transfer coefficient, the effective thermal conductivity of the solid phase, and the appropriate definition of the wall boundary conditions are essential for accurate modeling of the cooling or thermal energy discharge behavior of the bed. The correlation of Gunn (1978) for the interphase heat transfer coefficient result in particle Nusselt numbers (Nup) consistent with the measurements in the fluidized bed literature and the model of Zehner and Schlunder (1970) for the solids phase effective conductivity perform better than the kinetic theory approach. The energy balance and thermal mesh sensitivity are two important points which are often overlooked in the literature. Obtaining a mesh sensitive solution based on hydrodynamic parameters does not guarantee mesh sensitivity for thermal simulations. Thermal simulations require finer mesh sizes. Finally, comparison of the results with the Ozdemir's (2024) data set for the discharge behaviour of carboHSP particles indicate that the TFM can capture the general trends of the cooling behaviour for the first 100 s for which the simulations were run. The maximum temperature difference between the simulation and experimental results based on the data obtained from three locations in the bed is 7-8 °C and the cooling rates are reasonably similar. Furthermore, TFM simulations provide some physical insight on the cooling behaviour of the CarboHSP particles.
Benzer Tezler
- Düzce Meslek Yüksek Okulu Mobilya Dekorasyon Bölümü öğrencilerinde işe bağlı solunum sistemi bulguları sıklığı
Respiratory symptoms and peak expiratory flow rates in furniture-decoration students
CAHİT BİLGİN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2003
Göğüs HastalıklarıAbant İzzet Baysal ÜniversitesiGöğüs Hastalıkları ve Tüberküloz Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. PERİ MERAM ARBAK
- Seismic response and vulnerability assessment of tunnels: A case study on Bolu tunnels
Tünellerin sismik davranışı ve sismik hasar değerlendirmesi: Bolu tünelleri üzerine bir çalışma
SERKAN ÜÇER
Doktora
İngilizce
2012
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. B. SADIK BAKIR
- Development of modeling approaches for landfill leachate management
Katı atık depolama sahalarında sızıntı suyu yönetimi için modelleme yaklaşımları geliştirilmesi
EBRU DEMİREKLER (YILDIZ)
Doktora
İngilizce
2001
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KAHRAMAN ÜNLÜ
- Prognostik skorlama sistemlerinin ileri yaş sepsis hastalarında mortalite yönünden öngördürücülüklerinin (Prediktif kabiliyeti) değerlendirilmesi
Evaluation of the predictive capability of prognostic scoring systems in terms of mortality in elderly sepsis patients
BİLAL TEKİN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2022
İç HastalıklarıSağlık Bilimleri Üniversitesiİç Hastalıkları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLGİN BAHADIR BAŞGÖZ
- Statistics of wind resource assessment using measure-correlate-predict methodology
Başlık çevirisi yok
NİYAZİ GÜR