Nanoakışkan destekli ısı boruları ile daldırma yöntemi kullanılarak lityum iyon pillerin termal yönetimi için hibrit soğutma sistemi tasarımı
Design of hybrid cooling system for thermal management of lihium-ion batteries using immersion method with nanofluid supported heat pipes
- Tez No: 933734
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ÖZALP
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 76
Özet
Bu çalışmada düz ve döngülü ısı boruları tasarlanıp imal edilerek piyasada standart 18650 batarya olarak bilinen silindirik lityum iyon pilleri soğutmada ki performansı incelenmiştir. Isı borularında çalışma akışkanları olarak metanol, saf su ve thermasolv IM2 sıvısı kullanılmıştır. İmal edilen ısı boruları vakum pompası ile vakumlanmıştır. Nano akışkan sölüsyonalrı çalışma akışkanına göre ağırlıkça %2 olacak şekilde hassas terazide ölçülüp hazırlanmıştır. Bu nano çözeltiler ısı borularına çalışma sıvıları hacimce 1/3 oranında olacak şekilde enjekte edilmiştir. Isı boruları ultrasonik banyoda titreştirilerek homojen bir yapıda olmaları sağlanmıştır. Tasarlanan deney düzeneğinde bataryalar ısı borularının evaporator kısmında 1cm yukarı olacak şekilde yerleştirilmiştir. Bilindiği üzere bataryalar şarj/deşarj olurken ısnırlar. Tasarlanan elektrik devreleri sayesinde bataryalara verilen ve çekilen yük miktarı kontrol edilmiştir. Isınan bataryalar ısı borusundaki sıvıyı buharlaştırır ve buhar yükselerek kondenser kısmına ulaşır bu buharlaşma esnasında nano partiküllerinde taşınması ile evaporatörden kondenser kısmına verimli bir ısı transferi gerçekleşir. Bu ısı kondenser kısmının 1cm altından ceketleme yapılarak belirli debide soğutucu akışkan yardımıyla ısı borusundan çekilerek soğutucu akışkana aktarılmıştır. Deneyler nominal güç 1C, yüksek güç 2C ve 3C altında tekrarlanmıştır. Deneyler ısı boruları 90° eğim açısında gerçekleştirilmiştir. Son olarak çalışmada yapılan bütün deneyler evaporator kısmının thermasolv IM2 sıvısı ile dolu bir havuzda daldırma yöntemiyle tekrarlanmış ve sonuçlar tartışılmıştır. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda 3C akım şiddetinde ve titreşimli ısı borusu ve daldırma yönteminin hibrit tasarımıyla elde edilmiştir. Çok iyi soğtma sistemleri olan ısı borularına karşılık 3C akım şiddetinde 30,6°C ye kadar ulaşan batarya yüzey sıcaklıkları tasarlanan en verimli hibrit soğutma sistemi olan tireşimli ısı borulu ve daldırma yöntemi hibrit tasarımı ile 4,4°C ye kadar iyileştirilebilmiştir. Buda yaklaşık olarak %681,8 oranında bir verimi ifade eder. Dolayısıyla yakın gelecekte daldırma yöntemi ve ısı borulu hibrit sistemlerin batarya ve elektronik aygıtların soğutulmasında insan hayatında kaçınılmaz bir yaklaşım olacağı söylenebilir. Çalışmada tasarlanan bütün soğutma sistemleri 24 hücreden oluşan batarya paketlerini optimum çalışma sıcaklığı olan 15 – 40°C aralığında tutabilmeyi başarmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, straight and looped heat pipes were designed and manufactured and their performance in cooling cylindrical lithium-ion batteries, known as standard 18650 batteries in the market, was examined. Methanol, pure water and thermasolv IM2 liquid were used as working fluids in the heat pipes. The manufactured heat pipes were vacuumed with a vacuum pump. Nanofluid solutions were measured and prepared on a precision balance at 2% by weight, based on the working fluid. These nano solutions were injected into the heat pipes at a volume of 1/3 of the working fluids. The heat pipes were vibrated in an ultrasonic bath to ensure that they had a homogeneous structure. In the designed experimental setup, the batteries were placed 1 cm above the evaporator part of the heat pipes. As it is known, batteries get hot while charging/discharging. Thanks to the designed electrical circuits, the amount of load supplied and drawn to the batteries was controlled. Heated batteries evaporate the liquid in the heat pipe, and the vapor rises and reaches the condenser part, and during this evaporation, an efficient heat transfer occurs from the evaporator to the condenser part by carrying nano particles. This heat was jacketed 1 cm below the condenser section and transferred to the refrigerant by withdrawing it from the heat pipe with the help of refrigerant at a certain flow rate. Experiments were repeated under nominal power 1C, high power 2Cand 3C. The experiments were carried out with the heat pipes at an inclination angle of 90°. Finally, all experiments performed in the study were repeated by immersion method in a pool filled with thermasolv IM2 liquid of the evaporator part and the results were discussed. As a result of experimental studies, it was obtained by hybrid design of the 3C current intensity and vibrating heat pipe and immersion method. In response to heat pipes with very good cottage systems, battery surface temperatures reaching up to 30.6 ° C in current intensity can be healed up to 4.4 ° C with the telelique heat pipe and dipping method, which is the most efficient hybrid cooling system. This refers to a yield of approximately 681.8 %. Therefore, it can be said that there will be an inevitable approach in human life in the cooling of battery and electronic devices of heat pipe hybrid systems in the near future. All cooling systems designed in the study have managed to keep the battery packs consisting of 24 cells in the range of 15 - 40 ° C, the optimum operating temperature.
Benzer Tezler
- Güneş enerjili yer çekimi destekli ısı borusunda farklı akışkanlar ve farklı tip toplayıcı kullanımının performans üzerine etkisinin deneysel araştırılması
Experimental investigation of the effect of different fluids and different types of collectors on performance in solar powered gravity assisted heat pipe
YONIS MOHAMUD
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
EnerjiOndokuz Mayıs ÜniversitesiYenilenebilir Enerji ve Uygulamaları Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ENGİN ÖZBAŞ
- Bir fotovoltaik-termal (PV/T) güneş kollektöründe poroz materyal ve nanoakışkan kullanımının performansa etkisinin nümerik olarak incelenmesi
Numerical investigation of the effect of porous material and nanofluid including on performance in a photovoltaic-thermal (PV/T) solar collector
ATILGAN ONURCAN ÖZŞİMŞEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiKafkas ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMED ARSLAN OMAR
- Güneş enerjili ısı pompasında grafenli faz değiştiren madde ve nanoakışkan kullanımının deneysel olarak araştırılması
Experimental investigation of solar assisted heat pump using phase change material and nanofluid with graphene
SERCAN GÜLCE GÜNGÖR
Doktora
Türkçe
2024
EnerjiFırat ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ESEN
PROF. DR. LUISA F. CABEZA
- Farklı çalışma akışkanları kullanılarak yer çekimi destekli ısı borusun performansının iyileştirilmesi
Enhancement of gravity assisted heat pipe performance by using different working fluids
OSMAN MERT
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
EnerjiKarabük ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ENGİN GEDİK
- Fotovoltaik paneller için nanoakışkanlı ısı borusu destekli pasif soğutucu tasarımının performans üzerine etkisinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the effect of nanofluid heat pipe supported passive cooler design on performance for photovoltaic panels
AHMET ACAR
Doktora
Türkçe
2025
EnerjiOndokuz Mayıs ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFÜ NAMLI
DOÇ. DR. ENGİN ÖZBAŞ