Vakum tüplü ısı borulu güneş kolektörü tasarımı ve performansının sayısal olarak incelenmesi
Design and numerical investigation of heat tube vacuum tube solar collector
Yazar: SAMET DÖNMEZ
Danışman: DOÇ. DR. ENGİN GEDİK
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy
Dizin: ANSYS = ANSYS ; Isı boruları = Heat pipes ; Kollektörler = Collectors

Özet:
Bu çalışmada, vakum tüplü ısı borulu güneş kolektörü incelenmiş ve vakum tüp içerisine yerleştirilen ısı borusunun farklı geometrik yapıda çalışma performansı sayısal olarak Ansys Fluent programı ile analiz edilmiştir. U-tip ve I-tip olarak 1 m uzunluğunda modeli oluşturulan ısı borularının ısı transferi yapacağı yüzey alanları eşit olmaları için I-tip ısı borusunun çapı 20mm ve U-tip ısı borusunun çapı 10mm olarak tasarlanmıştır. Evaporatör – kondenser çalışma sistemi ile ısı transferi sağlayan ısı borusunun boru malzemesi bakır ve iş akışkanı olarak su seçilmiştir. Evaporatör, kondenser ve adyabatik olarak üç bölümden oluşan ısı borusuna evaporatör yüzeyinde sabit 70 ºC ve konderser yüzeyinde sabit 10 ºC sıcaklık sınır şartı olarak tanımlanmıştır. Verilen bu değerler ile Ansys Fluent programında U-tip ve I-tip ısı borusu modelleri kurulup analiz yapılmıştır. Yapılan analizde ısı borusunun çalışma sistemine uygun olarak buharlaşma ve yoğuşma görülmüştür. Kondenser kısmında yoğuşma ile oluşan suyun boru yüzeyinde tanecik ve film tabaka şeklinde yerçekimi etkisiyle evaporatöre doğru hareketi gözlemlenmiştir.
İki tip ısı borusunun kondenser yüzeylerinde oluşan ısı akısı değerleri karşılaştırılmıştır. U-tip ısı borusu kondenser bölümüne buhar 3. saniyede I-tip ısı burusunda 4.saniyede ulaşmıştır. Isı borusu verimi I-tip ısı borusunda %72,83 ve U-tip ısı borusunda % 80,1 olarak hesaplanmış ve oluşan ortalama ısı akısı değerlerine göre U-tip ısı borusunun daha verimli çalıştığı tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, the vacuum tube heat pipe solar collector was examined and the operating performance of the heat pipe placed in the vacuum tube in different geometrical structures was numerically analyzed with the Ansys Fluent program. The diameter of the I-type heat pipe is 20mm and the diameter of the U-type heat pipe is 10mm so that the surface areas on which the heat transfer will be made are approximately equal to the 1 m long model of U-type and I-type heat pipes. The pipe material of the heat pipe, which provides heat transfer with the evaporator-condenser operating system, is copper and water is chosen as the working fluid. The heat pipe, which consists of three sections as evaporator, condenser and adiabatic, is defined as a constant 70 ºC on the evaporator surface and a constant 10 ºC on the condenser surface. With these values given, U-type and I-type heat pipe models were established and analyzed in Ansys Fluent program. In the analysis, evaporation and condensation were observed in accordance with the working system of the heat pipe. It has been observed that the water formed by condensation in the condenser part moves towards the evaporator with the effect of gravity in the form of particles and film layer on the pipe surface.
The heat flux values formed on the condenser surfaces of the two types of heat pipes were compared and the steam reached the condenser section of the U-type heat pipe in the 3rd second and the I-type heat pipe in the 4th second. The efficiency of the heat pipe was calculated as 72.83% in the I-type heat pipe and 80.1% in the U-type heat pipe, and it was determined that the U-type heat pipe worked more efficiently according to the average heat flux values.