Duyulur ısı depolamada nanoakışkan kullanımının deneysel araştırılması
Investigation of the usage of nanofluids in sensible heat storage
Yazar: EVREN OSMA
Danışman: DOÇ. DR. BERRİN YILMAZ
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alümina = Alumina ; Isı depolama = Heat storage ; Isıl işlem = Heat treatment ; Nanoakışkanlar = Nanofluids

Özet:
Enerji krizi tıpkı 1970'lerde olduğu gibi, günümüzde de ciddi bir seviyeye ulaşmıştır. Bu nedenle sadece enerjinin üretimi değil, aynı zamanda enerjinin uzun vadede depo edilmesi de son derece önemlidir. Öyle ki, enerji hangi formda olursa olsun, gerektiğinde kolaylıkla kullanıma hazır hâle getirilebilecek şeklide depo edilebilmelidir. Bu bağlamda termal enerji depolama, enerjinin korunumu için önemli bir teknolojidir. Termal enerji depolamanın önemli avantajlarından birisi, bu depolama şeklinin ısıtma ve soğutma uygulamaları için uygun olmasıdır. Dolayısıyla, termal enerji depolama, çevre dostu enerjiden yararlanmada nüfusun ihtiyaçlarını temin etme konusunda da önemli bir katkı sağlayabilir. Günümüzde nanoteknoloji nüfuz alanını giderek arttırmaktadır. Özellikle termal enerjinin depolanmasında nanoteknolojiden yararlanma olanağı "nanoakışkan" teriminin literatüre kazandırıldığı 1995 yılından beri özel bir araştırma konusu olmuştur. Bu konu üzerindeki çalışmalar son yıllarda gittikçe yoğunlaşmaktadır. Sunulan tez çalışmasında, güneş enerjisi ve atık ısı uygulamalarında kullanılmak üzere farklı ısı depolama maddelerinin duyulur ısı depolama kapasiteleri ve şarj-deşarj periyotları deneysel olarak araştırılmıştır. Deneysel çalışmanın gerçekleştirilebilmesi amacıyla; öncelikle bir ısı depolama ünitesi tasarlanmış ve yine ilgili bağıntılar kullanılarak, bu depolama ünitesi için de iki uygun ısı değiştiricisi (serpantin) tasarlanıp, üretilmiştir. Deney tesisatının oluşturulmasıyla birlikte, ısı depolama ünitesine başta su bazlı Al2O3 (alümina)'ün %1.0'lık nanoparçacık hacim derişimi ile elde edilen su-Al2O3 nanoakışkanı, gliserin, ısı transfer yağı ve şebeke suyu ayrı ayrı yerleştirilmiş ve her bir depolama maddesiyle, önceden belirlenmiş şartlar altında (Birinci şart: Depolama ünitesine sadece ısı girişi var, ikinci şart: Depolama ünitesinden sadece ısı çıkışı var, üçüncü şart: Hem depolama ünitesine ısı girişi hem de depolama ünitesinden ısı çıkışı var.) 23 deney yürütülmüştür. Toplam 92 deney gerçekleştirilmiştir. Deneyler süresince elde edilen veriler yardımı ile depolama maddelerinin depolama kapasiteleri, depolama ünitesinin enerji dengesi ve sıcaklık dağılımları karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir.
Çalışmada özellikle nanoakışkanın, diğer ısı depolama maddeleriyle karşılaştırılması özel bir yer tutmuştur. Elde edilen verilerle yapılan değerlendirmeler şu gerçeği göstermiştir: Nanoakışkan, ısınma sürecinde 2.1 l/dk'lık bir pompa debisinde ve de depodan ısı çekilmesi sırasında da 1.2 l/dk, 1.5 l/dk, 1.8 l/dk ve 2.1 l/dk'lık kullanım suyu musluk debilerinde, diğer depolama maddelerine göre kesin bir üstünlük kurmuştur.

Abstract:
As it happened also in 1970's, today energy crisis has reached to a critical level. Thus, not only the production of energy, but also the energy storage is remarkably important in the long term. Such an extent that, no matter in which form the energy is, it should be storaged as operationalized, in case you need it. In this context, thermal energy 
storage is a substantial technology for conservation of energy. One notable advantage of thermal energy storage is, that it is quite applicable for heating and cooling technics. Therefore, thermal energy storage can make a remarkable 
contribution, when it is about supplying the needs of people who make use of eco-friendly energy Today, nanotechnology is gradually enhancing its area of influence. Most particularly, benefiting from the potentiality of using nanotechnology, in thermal energy storage, has become a specific research subject, since the date 1995, the term of 
"nanotechnology" brougt into the literature. Studies on this subject have been escalated in the recent years. 
In this thesis study presented, the sensible heat capacity and the charge-discharge periods of several heat storage materials were investgiated experimentally in order to exploit solar energy and waste heat applications. Firstly, a heat storage unit has been designed to carry out this experimental study and also for this storage unit, two optimal 
heat exchangers (serpentine) specifically designed and manufactured using the related equations (formulae). Following the construction of the experiment equipment, as one of them is water-Al2O3 nanofluid, which was prepared from 1.0% concentration of waterbased Al2O3 nanoparticle (alumina) by volume, the others be glycerol, heat transfer oil and tap water, as the heat storage substances, filled in the storage unit seperately and then 23 experiments for each were accomplished under specific conditions (1st condition: There's only a heat input into the storage unit, 2nd condition: There's only a heat output from the storage unit, 3rd condition: There are both heat input and output into/from the 
storage unit.). 92 experiments conducted successfully totally. Through the data obtained during the experiments conducted; the storage capacity of the storage materials, the energy balance of the storage unit and the temperature distribution in the storage unit were evaluated comparatively. In the study, the comparison of the nanofluid to other heat storage substances has a special place. The data obtained from the experiments reveal that fact: The nanofluid 
has established a certain superiority over the other storage substances not only on the condition of the flow rate of the pump which has a 2.1 l/min value but also on during the heat drawn out of the storage unit where the tap water having flow rates of 1.2 l/min, 1.5 l/min, 1.8 l/min and 2.1 l/min.