Su ile ısıl enerji depolanmasında sıcaklık tabakalaşmasının sayısal ve deneysel olarak araştırılması
Numerical and experimental investigation of temperature stratification in the thermal energy storage with water
Yazar: MEVLÜT ARSLAN
Danışman: PROF.DR. NECDET ALTUNTOP ; Y.DOÇ.DR. İ. NECMİ KAPTAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalısmada; günes enerjisi ile su ısıtma sistemlerinde ısıl enerji depolamak içinkullanılan silindirik sıcak su depolama tankı içerisine dairesel plakanın f/H ve g/Doranlarında yerlestirilmesinin ısıl tabakalasma üzerine etkisi sayısal ve deneysel olarakarastırıldı. Burada H ve D sırası ile tankın yüksekligi ve çapı iken, f, tankın tabanyüzeyinden dairesel plakaya olan mesafedir. g ise dairesel plaka üzerine açılan deliginçapıdır.Tank modeli, ortasına delik açılmıs dairesel plakanın degisik f/H ve g/D oranlarındatank içerisine yerlestirilmesi ile dizayn edildi. Depolama tankının içerisine dairesel plakayerlestirmek sureti ile tankın üst kısmındaki sıcak su ile alt kısmındaki soguk suyunbirbirleri ile karısması önlenerek, ısıl tabakalasmanın korunması saglandı. Çalısmada,süreklilik, momentum ve enerji esitlikleri üç boyutlu zamana baglı çözüldü. Sayısalçalısmanın geçerliligi deneysel olarak da ispatlandı. Tank içerisindeki sıcaklık dagılımı,tanktan saglanan kullanım suyunun sıcaklıgı, kolektöre giden suyun sıcaklıgı ve tankgiris-çıkısları arasındaki su sıcaklıgı farkları; çesitli g/D ve f/H oranlarında sekiller vegrafikler üzerinde zamana baglı olarak gösterildi.Sonuçlar; tank içerisine yerlestirilen dairesel plakanın ısıl tabakalasmayı iyilestirdiginive engelsiz tank durumuna göre, tanktan saglanan kullanım suyu sıcaklıgını arttırdıgınıgöstermektedir. En iyi ısıl tabakalasma, dairesel plakanın tank içerisine g/D=0.2 vef/H=0.133 oranlarında yerlestirilmesi durumunda elde edildi.Anahtar Kelimeler: Depolama tankı, Isıl tabakalasma, Dairesel plaka

Abstract:
In this study, effect of f/H and g/D ratios of circular plate placed in a cylindrical hotwater storage tank, used for thermal energy storage in water heating system with solarenergy, on thermal stratification is investigated numericaly and experimentaly. Here Hand D are the height and diameter of the tank, respectively while f is the distance fromthe bottom surface of the tank to the circular plate and g is also the diameter of the holeon the plate.The tank model is designed by placing a circular plate in the tank with a hole in thecenter at various f/H and g/D ratios. The circular plate placed in the storage tankprovides preserving thermal stratification by preventing to mix cold water at the bottomwith hot water at the top of the tank. This analysis is based on unsteady, threedimensional continuity, momentum and energy equations. The numerical study isverified experimentaly. Temperature distribution in the tank, water temperaturesupplied by the tank, water temperature going to collector and water temperaturedifferences between tank outlet and inlet are shown on the graphics and figures forvarious f/H and g/D ratios and according to time.The results show that placing circular plate in the tank improves thermal stratification.t increases the temperature of water supplied by the tank compared to no plate case. Asa result, The best thermal stratification is obtained for circular plate placed in the tankat g/D ratio of 0.2 and an f/H ratio of 0.133.Keywords: Storage tank, Thermal stratification, Circular plate