Faz değişim malzemesi ile çift borulu enerji depolamada kanat yerleşim düzeninin erime ve katılaşma performansına etkisi
Effect of fin placement on melting and solidification performance in double-tube energy storage with phase changing material
- Tez No: 940920
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BURAK KURŞUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Termal Enerji Depolama, Yenilenebilir Kaynaklar, Faz Değişim Malzemeleri, Gizli Isı, Kanatçıklar
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Amasya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 106
Özet
Enerji depolama teknolojileri, enerji kaynaklarının verimli kullanımı ve sürdürülebilirlik açısından giderek daha büyük bir öneme sahip olmaktadır. Bu kapsamda, faz değişim malzemeleri (FDM'ler), yüksek enerji yoğunlukları ve sabit sıcaklıklarda enerji depolayabilme özellikleriyle dikkat çekmektedir. Ancak, FDM'lerin düşük ısıl iletkenliği, bu malzemelerin pratik ve ticari uygulamalardaki en önemli kısıtlarından biri olarak öne çıkmaktadır. Bu sorunu aşmak amacıyla, FDM ile çalışan enerji depolama sistemlerinde ısıl iletkenliği artırmaya yönelik kanat kullanımı, nanoparçacık ilavesi ve metal köpük uygulamaları gibi çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Bu çalışmada da enerji depolama performansını artırmak için kanat kullanımı tercih edilmiş olup, literatürdeki çalışmalardan farklı olarak kanatçıklar FDM haznesinin alt ve üst bölgelerinde farklı oranlarda yoğunlaştırılmıştır. Bu farklı yoğunlaştırma oranlarının doğal konveksiyon akışı, enerji depolama verimi, şarj ve deşarj süresi üzerindeki etkileri birlikte ele alınmıştır. Çalışma kapsamında, kanatlar arası değişken açılara sahip altı farklı kanat yerleşim konfigürasyonu modellenmiş ve ilgili sayısal analizler zamana bağlı iki boyutlu olarak gerçekleştirilmiştir. Erime ve katılaşma sürecinin modellenmesinde entalpi-porozite yöntemi kullanılmıştır. Parametrik analizler sonucunda, kanatların tamamının iç borunun alt yüzeyinde yoğunlaştırıldığı 45°'lik kanat arası açısına sahip konfigürasyonun (Model 6) en yüksek erime performansını sergilediği ve şarj süresini referans duruma kıyasla %27,2 oranında azalttığı tespit edilmiştir. Farklı kanat yerleşim düzenlerinde ortalama FDM sıcaklıkları birbirine oldukça yakın olduğundan kanat yerleşim düzeninin enerji depolama kapasitesi üzerindeki etkisinin düşük olduğu anlaşılmıştır. Katılaşma performansı açısından da 30°'lik kanat arası açısına sahip Model 6 kanat yerleşim düzeni ile referans modele göre deşarj süresinde %129,1'lik en yüksek artışı meydana gelmiştir. Ortalama FDM sıcaklıkları dikkate alındığında 60°'lik kanat arası açısına sahip Model 6 kanat yerleşim düzeninde en yüksek enerji salınım kapasitesi oluşmuştur. Erime ve katılaşma performanslarının dikkate alındığı enerji depolama verimi hesaplamaları en yüksek enerji depolama veriminin %87 ile 45° kanat arası açıya sahip Model 6 ile elde edildiğini ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
Energy storage technologies are becoming increasingly important for the efficient utilization of energy resources and sustainability. In this context, phase change materials (PCMs) stand out due to their high energy densities and ability to store energy at nearly constant temperatures. However, the low thermal conductivity of PCMs represents a significant limitation in practical and commercial applications. To address this issue, various methods have been developed to enhance thermal conductivity in PCM-based energy storage systems, including the use of fins, nanoparticle additives, and metal foams. In this study, fin utilization was selected as the enhancement method to improve energy storage performance. Unlike previous studies, fins were concentrated in different proportions in the upper and lower regions of the PCM enclosure. The effects of these varying concentration ratios on natural convection flow, energy storage efficiency, and charging and discharging durations were analyzed simultaneously. Within the scope of the study, six different fin placement configurations with varying inter-fin angles were modelled, and numerical analyses were conducted in a transient, two-dimensional framework. The enthalpy-porosity method was employed to simulate the melting and solidification processes. Parametric analyses revealed that the configuration where all fins were concentrated on the lower surface of the inner tube with an inter-fin angle of 45° (Model 6) exhibited the highest melting performance, reducing the charging time by 27,2% compared to the reference case. Since the average PCM temperatures across different fin configurations were relatively similar, it was concluded that fin placement had a minimal effect on energy storage capacity. In terms of solidification performance, the Model 6 configuration with a 30° inter-fin angle yielded the most significant improvement, increasing the discharging duration by 129,1% compared to the reference model. Moreover, when considering average PCM temperatures, the Model 6 configuration with a 60° inter-fin angle demonstrated the highest energy release capacity. Finally, energy storage efficiency calculations, which accounted for both melting and solidification performance, indicated that the highest efficiency of 87% was achieved with Model 6 at a 45° inter-fin angle. Keywords :Thermal Energy Storage, Renewable Resources, Phase Change Materials, Latent Heat, Fins
Benzer Tezler
- Bir enerji depolama sisteminin tasarimi ve çalişma parametrelerinin deneysel ve sayisal olarak incelenmesi
Design of thermal energy storage systems and experimental and numerical investigation of its working parameters
MUHAMMET ÖZDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiTermodinamik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYTUNÇ EREK
- Development of a heat transfer model for waste-water heat recovery system
Atık su ısı geri kazanım sistemi için ısı transferi modeli geliştirilmesi
İLAYDA FARAHNAZ YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET AKİF EZAN
- Borür katı çözeltilerin spark plazma sinterleme (SPS) yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of boride solid solutions by spark plasma sintering (SPS)
MELİS KAPLAN AKARSU
Doktora
Türkçe
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İPEK AKIN KARADAYI
- Faz değiştiren madde içeren nanokapsül sentezi ve nanoakışkan hazırlanmasında kullanımı
Synthesis of phase change nanocapsule and use in nanofluid preparation
SEMAHAT DORUK
Doktora
Türkçe
2017
Kimya MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN YAPICI
PROF. DR. OSMAN NURİ ŞARA
- Nanoakışkan kolektörlü ve faz değişim malzemesinin kullanıldığı bir güneş enerjili damıtma sisteminin deneysel ve teorik analizi
Experimental and theoretical analysis of a solar distillation system with nanofluid collector and phase change material
VOLKAN TUĞAN