Güneş ışınımı altında faz değiştiren malzemenin ısı depolama davranışının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of heat storage behaviour in a phase change material under solar radiation
Yazar: MEHMET EMİN CANLI
Danışman: PROF. DR. ADEM ACIR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez çalışmasında, yapay güneş ışınımı altında organik faz değiştiren malzeme olarak kullanılan parafinin ısı depolama davranışı laboratuvar koşullarında deneysel olarak incelenmiştir.  Deneysel çalışma kapsamında, bakır malzemeden imal edilmiş bir termal enerji depolama ünitesi (TEDÜ) tasarlanmıştır. Kızılötesi bir lamba aracılığıyla elde edilen q=800, 900 ve 1000W/m2 değerindeki üç farklı güneş ışınımı, 1mm kalınlığındaki bakır malzemeden imal edilmiş emici yüzeye sahip TEDÜ üzerine uygulanmıştır. Parafin waxın düşük ısı iletimi sorununu bertaraf etmek için kanatsız ve t=1, 1,5 ve 2mm kalınlıklarındaki n=3, 5 ve 7 adet kanat emici yüzeyin altına, parafinin depolandığı TEDÜ hacmi içerisine yerleştirilmiştir. Isıl enerji depolanması sırasında, kanat sayısının ve kalınlığının parafinin ergime ve katılaşma süresi üzerine olan etkileri incelenmiştir. Kanat sayısının artması parafinin ergime süresini kısaltırken, kanat kalınlığının artması ergime süresinin uzamasına neden olmuştur. Kanatsız ve kanatlı TEDÜ'lerdeki faz değiştiren malzemenin ergime süreleri karşılaştırılarak zamana bağlı iyileştirme oranı (ZBİO) tanımlanmıştır. En yüksek ZBİO t=1mm, n=7 kanattan oluşan ve q=1000W/m2 güneş ışınımı altındaki enerji depolama ünitesinde 1,82 olarak bulunmuştur. Bunun yanında, farklı geometrilerde tasarlanmış olan TEDÜ'lerin depolamış oldukları ısıl enerji miktarı hesaplanmış ve sonrasında, her bir ünitenin depolamış olduğu ısıl güç bulunmuştur. Kanatlı ve kanatsız TEDÜ'lerin depolamış oldukları ısıl güçler karşılaştırılarak ısıl güç iyileştirme oranı (IGİO) elde edilmiştir. Yapılan çalışma sonucunda, ZBİO ve IGİO değerlerinin birbirleriyle uyum içerisinde olduğu görülmüştür. En yüksek IGİO değeri t=1mm, n=7 kanatlı ve q=1000W/m2 ışınım altındaki enerji depolama ünitesinde 1,67 olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
In this thesis, the heat storage behavior of paraffin which is used as organic phase change material under artificial solar radiation was experimentally investigated in laboratory conditions. In the scope of the experimental study, a thermal energy storage unit (TESU) made of copper material was designed. In the experimental study, three different solar radiation with q=800, 900 and 1000W/m2, obtained by means of infrared lamp, were applied on TESU with the absorber plate made of 1mm thick copper material. In order to avoid the low heat conduction problem of paraffin wax, n=3, 5 and 7 fins at t=1, 1,5 and 2mm thickness were placed under the absorber plate inside the volume of TESU which paraffin was stored in. During the storage of thermal energy, the effects of fin number and thickness on melting and solidification time of paraffin wax were investigated. The increase in the number of fins shortened the melting time of paraffin, but the increase in fin thickness caused the prolongation of the melting time. The time dependent enhancement ratio (TDER) was defined by comparing the melting time of the phase change material in the finless and finned TESUs. The highest TDER was found as 1,82 in the energy storage unit with t=1mm, n=7 fins and under q=1000W/m2 solar radiation. In addition, the amount of stored thermal energy by TESUs designed in different geometries was calculated and then, the stored thermal power by each unit was found. The thermal power enhancement ratio (TPER) was obtained by comparing the thermal power stored by the finned and finless TESUs. As a result of the study, it was seen that the TDER and TPER values were in good agreement with each other. The highest TPER was calculated as 1,67 in the energy storage unit with t=1mm, n=7 fins and under q=1000W/m2 solar insolation .