Çatı üzerine yerleştirilmiş kare ve dikdörtgen kolektörden olan ısı kaybının sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of heat loss from square and rectangular collector located on the roof
Yazar: AHMET CEM ÖZCAN
Danışman: DOÇ. DR. OĞUZ TURGUT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Güneş kolektörü tasarımında güneş kolektöründen olan enerji kayıplarının doğru bir şekilde belirlenmesinin önemi büyüktür. Bundan dolayı, çevre şartlarındaki rüzgâra bırakılan düz güneş kolektörlerinden olan ısı kaybı güneş kolektörleri çalışmalarında geniş yer tutmaktadır. Konveksiyonla olan ısı kaybı h=a+bV biçiminde verilen ampirik bir denklemle hesaplanmaktadır. Bu denklemde konveksiyon katsayısının sadece hıza bağlı olduğu görülmektedir. Hâlbuki konveksiyon ile gerçekleşen ısı transferi rüzgâr hızının yanında rüzgârın kolektöre gelme yönü, kolektörün tipi, akışkanın fiziksel özellikleri, kolektörün eğimi gibi parametrelere de bağlıdır. Bu sebeple iki katlı bir evin çatısına düz bir kolektör yerleştirilerek konveksiyon ile gerçekleşen ısı kaybı sayısal olarak incelenmiştir. Kullanılan kolektör tipleri kare ve dikdörtgendir. Kolektör tipi, rüzgâr yönü, rüzgâr hızı, çatı açısı ve ölçeğin etkisi çalışmada kullanılan parametrelerdir. Çalışma sonuçları Colburn j-faktörünün Reynolds sayısı ile değişimi şeklinde ifade edilmiştir. Sayısal çalışma sonuçları literatürde bulunan deneysel bir çalışma ile karşılaştırılmıştır. Rüzgâr tünelinde kütle transferi ile gerçekleştirilen deneysel çalışma ile sayısal çalışmanın uyumlu olduğu görülmüştür. 1:235 ölçekli çalışmada elde edilen korelasyon daha yüksek Reynolds sayılarında ekstrapolasyon yapılarak kullanıldığında hatalı sonuçlar vermektedir. Bu sebeple çalışılan Reynolds sayısı aralığı elde edilen korelasyonları kısıtlamaktadır. Sayısal çalışma ANSYS Fluent 17.0 analiz programı ile yürütülmüştür.

Abstract:
In solar collector design, it is important to determine the energy losses from the solar collector correctly. Therefore, the heat loss from the flat solar collectors that left in the wind under the environmental conditions is very important of the solar collectors research. The heat loss by convection is calculated by an empirical equation given in h = a + bV format. However, the heat transfer by convection depends on the wind speed as well as the direction of the wind coming to the collector, the type of collector, the physical properties of the fluid and the inclination of the collector. For this reason, a flat plate collector is placed on the roof of a two storey house, and heat loss by convection is examined numerically. The collector types used are square and rectangular. Collector type, wind direction, wind speed, roof angle and the effect of the scale are the parameters used in the study. The results of study are expressed as the change of the Colburn j-factor with the Reynolds number. The results of numerical study are compared with an experimental study in the literature. The experimental study performed by mass transfer in the wind tunnel is consistent with the numerical study. The correlation obtained in the 1:235 scale study yields erroneous results when used in extrapolation of higher Reynolds numbers. Therefore, correlations are obtained in the range of Reynolds numbers studied limits. Numerical study is performed by using ANSYS Fluent 17.0 software.