Bir ısı depolama sisteminin mekanik ve ısıl tasarımı
Mechanic and thermal design of a heat storage system
Yazar: HAKAN İBRAHİM TOL
Danışman: PROF. DR. ALAEDDİN ARPACI ; PROF. DR. NURDİL ESKİN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı depolama = Heat storage

Özet:
Bu çalışmada; bölge ısıtma sistemlerinde santral ısı arzı ile yerleşim birimi ısı talebi arasındaki uyumsuzluğun önüne geçmek ve santraldaki ısı ve elektrik üretiminde esneklik sağlamak için kurulan ısı depolama sisteminin tasarım yöntemi üzerine çalışılmıştır.Çalışmanın birinci bölümünde, ısı depolama sistemi hakkında kısa bilgi verilmiş ve ısı depolama sisteminin bölge ısıtma sistemine sağladığı yararlar anlatılmıştır.İkinci bölümünde, bölge ısıtma sistemlerinde kullanımda olan ısı depolama sistemlerinin belli başlıları hakkında genel bilgi verilmiştir.Isı depolama sistemi tasarımına etki eden etkenler bölümünde, tasarım aşamasında dikkat edilmesi gereken etkenler açıklanmıştır. Isı depolama sisteminin sınır koşullara uygun olarak tasarımın nasıl belirlenmesi gerektiğini söyleyen etkenler, tasarım esnasında ısı depolama sistemi boşaltma verimliliğini belirleyen etkenler ve IDT'nin ömrünü belirleyen etkenler bu bölümde aktarılmıştır. Bu bölümün sonunda prototip ısı depolama sistemi tasarımının nasıl olması gerektiği sonuç olarak verilmiştir.IDT'nin boyutlandırılması bölümünde, IDT'nin tasarım aşamaları anlatılmıştır. Öncelikle ısı depolama tankı içerisinde bulunan ısıl enerji depolayıcı su ortamının ön boyutlandırması aktarılmış, daha sonra CFD analizi yardımıyla ısı depolama sistemi boşaltma verimliliğini en yüksek yapacak şekilde boyutlandırma yapım aşamaları yöntemi ve çıkan sonuçlar gösterilmiştir. Isıl enerji depolayıcı su ortamının boyutları belirlendikten sonra bu su ortamını muhafaza edecek ısı kaybını azaltacak yalıtımın kalınlığı belirleniş şekli bu bölümde anlatılmıştır. Son olarak, tasarımın diğer adımı olan IDT'nin mekanik tasarımında yapılan tank ve alt ? üst başlık cidar kalınlıklarının boyutlandırması gösterilmiştir. Tankın mekanik boyutlandırmasından sonra SEA analizi gerçekleştirilmiş ve tank üstünde oluşan gerilme ile yer değiştirme dağılımı izlenmiştir. SEA analizi ile analitik olarak belirlenmiş boyutların mukavemetinin ve yer değiştirmesinin izin verilen sınırlar içinde olduğuna emin olduktan sonra mekanik tasarım bitirilmiştir.

Abstract:
In this study; design methodology of a heat storage system is investigated. Heat storage system regulates discordance between heat production of cogeneration plant and head demand of consumer side; and provides flexibility of production between electric and heat production for cogeneration plant.In the first section of the study, some information about heat storage system is given and advantages of heat storage system for district heating system is explained.In the second section of the study, general information about heat storage systems which are utilized at some certain district heating systems is given.In `factors that affect design of heat storage system? section, factors that must be paid attention at design stage are stated. Factors that determine the type of design according to the design conditions and factors that affect the discharge efficiency at design stage are also described at this section. Beyond, factors that have influence on life cycle of heat storage tank are explained. At the end of this section, design type of prototype heat storage system is given as a result.In `dimensioning of heat storage tank? section, design stages of heat storage tank are described. Firstly, method of predimensioning of water volume as a thermal energy storage medium is narrated and later, method of final dimensioning of the volume by maintaining discharge efficiency maximum with the aid of CFD analysis and the results are shown. After dimensioning of the water volume, way of determining the insulation thickness which preserves heat loss from then storage tank is described. Finally, dimensioning of thickness of tank wall and head of tank is shown under the mechanical design step of design of heat storage tank. After the dimensioning the tank, FEM analysis is described and; stress and displacement distribution is shown. After verifying the strength and displacement of the dimensions which are calculated via analytical formulations by FEM analysis result, the mechanical design step is finished.