Güneş havuzlarının CFD analiziyle ısıl performanslarının incelenmesi
Investigation of thermal performance of solar ponds by CFD analysis
Yazar: AYŞE NUR ÇAKIR
Danışman: PROF. DR. YAŞAR YETİŞKEN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Düz güneş toplayıcısı = Flat plate solar collector ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş havuzu = Solar pond ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD)

Özet:
Güneş enerjisinden faydalanmak için geliştirilmiş birçok sistem bulunmaktadır. Güneş enerjisi sistemlerinde enerji kesintili olarak elde edilmektedir. Bu nedenle bu sistemlerin en önemli sorunu depolamadır.  Özellikle düşük sıcaklık uygulamalarında bu sorunun en verimli çözümü güneş havuzlarıdır. Güneş havuzlarının en yaygın çeşidi Tuz Gradyanlı Güneş Havuzlarıdır (TGGH). Bu tip güneş havuzları havuz içerisinde derinlikle doğru orantılı olarak yoğunluğu artan bir tuz yoğunluk gradyanının yapay olarak kurulmasıyla hazırlanmaktadır. Kurulan bu gradyan sayesinde havuz tabanına ulaşan güneş ışınımının soğurulmasıyla elde edilen ısı enerjisinin başlatacağı taşınım hareketi önlenmektedir. Böylece havuzun tabanında soğurulan güneş enerjisi ısı enerjisi olarak depolanabilmektedir. TGGH'lar genellikle üst konvektif bölge (ÜKB), konvektif olmayan bölge (KOB) ve alt konvektif bölge (AKB) olmak üzere farklı üç bölgeden oluşmaktadır. Doğru bir şekilde tasarlanmış bir güneş havuzundan çok farklı alanlarda yararlanmak mümkündür. Ancak güneş havuzlarının etkili tasarımının bulunabilmesinde birçok parametre etkilidir ve sistemin kurulup analiz edilebilmesi    vakit almaktadır.  Bu çalışmada bir güneş havuzuna uygulanabilecek çok yönlü model elde etmek için ANSYS 2022 R2 STUDENT mühendislik programı kullanılmış ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (Computational Fluid Dynamics) yöntemi ile çözümlenmiştir. HAD (CFD) analizi ile elde edilen model güneş havuzu sisteminde farklı yoğunluklardaki tuzlu sular ile oluşturulan tuzluluk katmanlarının ve sistem içerisindeki sıcaklık dağılımının gözlemlenmesi için kullanılmıştır. Böylece güneş havuzu sistemlerinin çalışma prensipleri sanal ortamda daha anlaşılır hale gelmiştir.

Abstract:
There are many systems developed to benefit from solar energy. In solar energy systems, energy is obtained intermittently. Therefore, the most important problem of these systems is storage. Especially in low temperature applications, the most efficient solution to this problem is solar ponds. The most common type of solar ponds are Salt Gradient Solar Ponds (SGSP). This type of solar ponds are prepared by artificially establishing a salt density gradient in the pond, the density of which increases in direct proportion to the depth. Thanks to this gradient, the convection movement that will be initiated by the heat energy obtained by absorbing the solar radiation reaching the pool floor is prevented. Thus, the solar energy absorbed at the bottom of the pond can be stored as heat energy. SGSPs generally consist of three different regions: the upper convective zone (UCZ), the non-convective zone (NCZ) and the lower convective zone (LCZ). It is possible to benefit from a correctly designed solar pond in many different areas. However, many parameters are effective in finding the effective design of solar ponds and it takes time to set up and analyze the system. In this study, ANSYS 2022 R2 STUDENT engineering program was used to obtain a versatile model that can be applied to a solar pond and it was solved by Computational Fluid Dynamics method. The model obtained by CFD analysis was used to observe the salinity layers formed by salt water of different densities and the temperature distribution in the system in the solar pond system. Thus, the working principles of solar pond systems have become more understandable in the virtual environment.