Experimental analysis of a single slope solar distillation system using longitudinal fins embedded in phase change material
Faz değı̇şı̇m malzemesı̇ne gömülü uzunlamasına kanatçıklar kullanan tek eğı̇mlı̇ solar damıtma sı̇stemı̇nı̇n deneysel analı̇zı̇
- Tez No: 975810
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERHAN KAYABAŞI, DR. ÖĞR. ÜYESİ AKRAM HAMZA ABED
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, faz değişim malzemesi (PCM) katmanına uzunlamasına kanatçıklar ekleyerek tek eğimli bir güneş enerjisinin (SS) verimliliğini artırmak için deneysel bir analiz gerçekleştirilmektedir. Amaç, PCM'nin termal iletkenlik kısıtlamalarını hafifletmek ve enerji depolama ve tatlı su verimini artırmaktır. Tüm SS sisteminin kapsamlı bir termoekonomik, çevresel ve çevresel-ekonomik analizi, dört ay boyunca Bağdat'ın iklim koşulları altında üç SS tasarımı için yapılmıştır: Haziran, Ağustos, Eylül ve Ekim 2024. Senaryolar geleneksel SS (PCM'siz), PCM'li SS ve PCM içinde havza ile entegre daldırılmış kanatlı SS'yi içermektedir. Faz değişim malzemesi olarak parafin mumu kullanılmıştır. PCM depolama kabı, 0,5 m² alan ve 5 cm derinlik ölçüleriyle su havuzuna eşdeğer bir yüzey alanına sahip olacak şekilde inşa edilmiş ve su havuzunun altına yerleştirilmiştir. Su derinliği 2 cm'de tutulmuştur. Bu çalışmanın yeniliği, güneş enerjili damıtma çalışmalarında yaygın olarak keşfedilmemiş bir teknik olan ısı transferini ve erime süreçlerini geliştirmek için PCM'de uzunlamasına kanatların kullanılmasıdır. Çalışmanın bulguları, PCM muhafazasına boylamasına yüksek iletken kanatçıkların dahil edilmesinin, havuzun arka kısmı ile PCM arasındaki temas yüzey alanını artırdığını ve böylece termal enerji depolama ve geri kazanım oranlarını iyileştirdiğini göstermiştir. Cihaz, test aşamasında termal verimlilikte %45,12 ve saf yoğuşmuş su veriminde %51,13 artış sağlamıştır. PCM'ye kanatçıkların dahil edilmesi, sadece PCM ile %37,17'lik bir iyileşme sergileyen geleneksel SS'ye göre ekserji verimliliğini %99,2 oranında artırırken, aynı zamanda üretim maliyetlerini yaklaşık %7,08 oranında azaltmıştır. PCM içinde batık kanatçıklar kullanan SS, CO2 emisyonlarını yılda 19,29 ton azaltarak gelişmiş enerji verimliliği göstermiştir. Bu, 15,57 ton ağırlığındaki tek başına PCM içeren SS ve 12,76 ton ağırlığındaki CSS ile karşılaştırıldığında önemli bir artıştır. Buna ek olarak, PCM ve kanatçıklara sahip yeni SS tasarımı emisyonları azaltarak en iyi şekilde fon tasarrufu sağlamakta ve yılda toplam 279,68 $ tasarruf sağlamaktadır. Özetle, PCM'ye daldırılmış kanatçıkların eklenmesi, güneş enerjili durultucularda (SS) su üretimini artırmak için para tasarrufu sağlayan bir yol olarak olağanüstü bir potansiyel gösterirken, aynı zamanda yıllık maliyetleri düşürür ve zararlı emisyonları azaltır.
Özet (Çeviri)
This study conducts an experimental analysis to improve the efficiency of a single-slope solar still (SS) by incorporating longitudinal fins within a phase change material (PCM) layer. The aim was to mitigate the thermal conductivity constraints of PCM and enhance energy storage and freshwater yield. A comprehensive thermoeconomic, environmental, and enviro-economic analysis of the whole SS system was conducted for three SS designs under the climatic conditions of Baghdad over four months: June, August, September, and October 2024. The scenarios included conventional SS (without PCM), SS with PCM, and SS with immersed fins integrated with the basin within PCM. Paraffin wax was utilized as the phase change material. The PCM storage container was constructed with an equivalent surface area to the water basin, measuring 0.5 m² in area and 5 cm in depth, and was positioned beneath the water basin. The water depth was sustained at 2 cm. This study's innovation is the use of longitudinal fins in PCM to enhance heat transfer and melting processes, a technique that hasn't been widely explored in solar distillation studies. The study's findings indicated that incorporating longitudinal highly conductive fins within the PCM enclosure augmented the contact surface area between the basin's rear and the PCM, thus improving thermal energy storage and recovery rates. The device attained a 45.12% enhancement in thermal efficiency and a 51.13% augmentation in pure condensed water yield during the testing phase. Incorporating fins in PCM enhanced exergy efficiency by 99.2% relative to traditional SS, which exhibited a 37.17% improvement with simply PCM, while concurrently decreasing production costs by around 7.08%. The SS employing submerged fins within PCM demonstrated enhanced energy efficiency, decreasing CO2 emissions by 19.29 tons per year. This is a substantial rise compared to the SS with PCM alone, which weighed 15.57 tons, and the CSS, which weighed 12.76 tons. In addition, the new design of SS with PCM and fins optimally conserves funds by diminishing emissions, resulting in a total savings of $279.68 per year. In summary, adding immersed fins to the PCM shows outstanding potential as a money-saving way to boost water production in solar stills (SS), while also lowering yearly costs and reducing harmful emissions.
Benzer Tezler
- 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
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiFırat ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA İNALLI
- Güneş enerjili kendinden pompalı sıcak su sisteminin analiz ve simülasyonu
Analysis and simulation of a two phase self pumping solar water heater
TUNCAY GÜVEN
- Theoretical and experimental investigation of potable water production from atmospheric air with an alternative device design with solar tracking system
Güneş takip sistemli alternatif bir cihaz tasarımı ile atmosfer havasından içilebilir su üretiminin teorik ve deneysel incelemesi
MOHAMMED ORAL HASHIM AL-HURMUZI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
EnerjiKırşehir Ahi Evran ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MERDİN DANIŞMAZ
DR. ÖĞR. ÜYESİ OMER ADİL ZAİNAL
- Effects of solar radiation and neutron, gamma material intereaction effects on the solar cells/modules/panels
Güneş ışınımı ve nötron, gama malzeme etkileşiminin güneş hücreleri/modülleri/ panelleri üzerindeki etkileri
İNAL BEGÜM TURNA DEMİREL
Doktora
İngilizce
2021
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZUHAL ER
- Modeling and sensitivity analysis the thermal behaviour of mass concrete with finite volume method
Sonlu hacim yöntemi ile kütle betonun ısıl davranışının modellenmesi ve hassasiyet analizi
FARZAD DANAEI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILMAZ AKKAYA