Silindirik sıcak su depolama tanklarında farklı tip yalıtım malzemelerinin birleştirilmesi ile ısıl katmanlaşmanın artırılması
Enhancement of thermal stratification by combining differenttypes of insulation materials in cylindrical hot water storagetanks
- Tez No: 959991
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BURAK KURŞUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Amasya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 109
Özet
Günümüzde kullanılan enerji depolama sistemleri, elektrik enerjisinin ve ısıl enerjinin depolanması olarak iki temel kategoride incelenebilir. Enerji depolama sistemleri ile elektrik enerjisi ve ısıl enerji, fazladan enerji üretiminin olduğu ya da enerji üretiminin daha az maliyetli olduğu koşullarda depolanmakta ve ihtiyaç duyulan zamanlarda tekrar kullanılmaktadır. Sıcak su depolama tankları ısıl enerji depolama yöntemleri arasında önemli bir yere sahiptir. Sıcak su tanklarındaki ısıl enerjiden daha verimli ve daha uzun süreli faydalanmak için tank içerisinde ısıl katmanlaşmanın sağlanması yaygın olarak kullanılan yöntemlerden birisidir. Isıl katmanlaşma, soğuma ile birlikte oluşan sıcak ve soğuk su karışımının önlenmesi neticesinde oluşan bir yapıdır. Literatürde sıcak su tank tasarımının ve konumlandırılmasının ısıl katmanlaşma üzerine etkilerinin incelendiği çok sayıda deneysel ve sayısal çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmada ise literatür çalışmalarından farklı olarak yalıtım geometrisinin, tank boyutlarının ve farklı malzemelerden oluşan yalıtım katmanlarının ısıl katmanlaşma üzerine etkisi sayısal olarak araştırılmıştır. Bu tez çalışmasında farklı tank en/boy oranları, yalıtım kademe oranları, yalıtım çeşitleri ve yalıtım kalınlıkları için sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Isıl iletkenliği ve kullanılabilirliği dikkate alındığında, yalıtım malzemesi olarak cam yünü, poliüretan köpük ve aerojel tercih edilmiştir. Sayısal analizler, tank içerisindeki sıcaklık dağılımı, akışkan hareketleri, termodinamiğin birinci ve ikinci yasası açısından değerlendirilmiştir. Analiz sonuçları tank en/boy oranının düşürülmesi ve kademeli yalıtım geometrisi kullanımı ile ısıl katmanlaşmanın arttığını ortaya koymuştur. Farklı yalıtım malzemesi kombinasyonları kullanılmış ve en yüksek ısıl katmanlaşmanın cam yünü-aerojel yalıtım çiftinde meydana geldiği tespit edilmiştir. Tank içerisindeki en yüksek sıcaklık farkı, cam yünü-aerojel kullanımı için 15.313 °C, yalnız cam yünü yalıtım kullanımı için ise 7.9 °C olarak elde edilmiştir. Ayrıca kullanılan tank geometrisi ve yalıtım katmanlarının uygulanabilirliğinin tespit edilebilmesi için enerji ve ekserji analizi gerçekleştirilmiştir. Kademeli yalıtım ve farklı yalıtım birleşimleri kullanımı ile sıcak suyun enerji ve ekserji veriminde makul görülebilir bir seviyede düşüş meydana gelmiştir. Bu sonuçlar, sıcak su tanklarında kademeli yalıtım geometrisi ve katmanlı yalıtım yapısı kullanımının pratikte uygulanabilir olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
The energy storage systems used today can be examined in two basic categories as the storage of electrical energy and thermal energy. With energy storage systems, electrical energy and thermal energy are stored in conditions where there is extra energy production or energy production is less costly and reused when needed. Hot water storage tanks have an important place among thermal energy storage methods. To benefit from the thermal energy in the hot water tanks more efficiently and for a longer time, providing thermal stratification in the tank is one of the commonly used methods. Thermal stratification is a structure formed as a result of preventing the mixture of hot and cold water that occurs with cooling. In the literature, there are many experimental and numerical studies examining the effects of hot water tank design and positioning on thermal stratification. In this study, unlike the literature studies, the effect of insulation geometry, tank dimensions, and insulation layers consisting of different materials on thermal stratification was investigated numerically. In this thesis, numerical analyzes were carried out for different tank aspect ratios, insulation step ratios, insulation types, and insulation thicknesses. Considering its thermal conductivity and usability, glass wool, polyurethane foam and aerogel were preferred as insulation materials. Numerical analyzes were evaluated in terms of temperature distribution in the tank, fluid movements, first and second laws of thermodynamics. The results of the analysis revealed that the thermal stratification increased with the reduction of the tank aspect ratio and the use of stepped insulation geometry. Different combinations of insulation materials were used and it was determined that the highest thermal stratification occurred in the glass wool-airgel insulation pair. The highest temperature difference in the tank was obtained as 15.313 °C for the use of glass wool-aerogel and 7.9 °C for the use of glass wool insulation only. In addition, energy and exergy analyses were carried out to determine the feasibility of the used tank geometry and insulation layers. With the use of gradual insulation and different insulation combinations, a reasonable decrease occurred in the energy and exergy efficiency of hot water. These results showed that the use of stepped insulation geometry and layered insulation structure in hot water tanks is practically applicable.
Benzer Tezler
- İçerisine engel yerleştirilmiş mantolu sıcak su tanklarında sıcaklık tabakalaşmasının sayısal olarak incelenmesi
Numerical analysis of thermal stratification obtacles located into mantled hot water tank
NEHİR TOKGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECDET ALTUNTOP
- Mantolu sıcak su tanklarında sıcaklık tabakalaşmasının incelenmesi
The observation of thermal stratification in mantled hot water tanks
MEHMET YÜKSEL IŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECDET ALTUNTOP
- Mantolu sıcak su tanklarında sıcaklık tabakalaşmasının incelenmesi
The observation of thermal stratification in mantled hot water tanks
İMDAT ZAFER PEKTEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECDET ALTUNTOP
- İçerisine farklı engeller yerleştirilmiş mantolu düşey sıcak su tanklarında engellerin sıcaklık tabakalaşması üzerine etkisinin nümerik olarak incelenmesi
Numerical analysis of thermal stratification different obtacles located into mantled hot water tank
TUĞBA ÇALIŞKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECDET ALTINTOP
- Güneş enerjili sıcak su depolama tanklarında kullanılan faz değiştiren maddelerin ısıl enerji depolama performansına etkileri
The effect of phase change materials used in solar hot water storage tanks on thermal energy storage performance
BURAK İZGİ
Doktora
Türkçe
2021
EnerjiYozgat Bozok ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEVLÜT ARSLAN