Gizli ısı depolamalı nano akışkanlı güneş enerjili su ısıtıcısının performansı
Performance of latent heat stored nano fluid solar water heater
Yazar: GÜLCAN KALKAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET ESEN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Güneş enerjisi, en fazla yararlanılabilir kaynaktır. Çok uygun bir ısıtma kaynağıdır. Ücretsiz olarak kullanılabilir ve taşınması gerekmez. Güneş enerjisi termal kullanımı için kritik sorun, güneş enerjisi kolektörünün verimliliğinin nasıl iyileştirileceğidir. Bu da kollektör yapısını optimize ederek veya yeni bir çalışma akışkanı geliştirerek gerçekleştirilebilir. Halen, güneş enerjisi sistemlerinde bir çalışma akışkanı olarak su yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, suyun termal iletkenliği yüksek değildir.
Nanoteknolojinin gelişmesiyle birlikte, yenilikçi bir ısı transfer akışkanı ortaya çıkmaktadır. Nano akışkanlar, içlerinde asılı nano boyutlu parçacıklarla (1-100 nm) bir temel akışkandan oluşan nispeten yeni bir akışkan sınıfıdır. Bu parçacıklar genellikle metal veya metal oksittir. Nano akışkanlar, gelişmiş termal iletkenlikleri nedeniyle yeni tip bir ısı transfer akışkanı olarak kabul edilmektedir. Son zamanlarda bazı araştırmacılar, nano akışkanı güneş kollektörleri için çalışma akışkanı olarak kullanmayı öne sürmüşlerdir. Ayrıca, faz değiştiren maddeler (FDM) ve güneş kolektörleriyle entegrasyonları gibi yeni teknolojik gelişmeler son yıllarda daha iyi sonuçlar vermiştir.
Bu çalışmada, ısı boruları, iki farklı nano akışkan ve saf su ile doldurulmuş iki fazlı bir termosifon güneş enerjili su ısıtıcısının termal performansını belirlemek için deneysel bir çalışma gerçekleştirildi. Deneylerde Al2O3-H2O, CuO-H2O nano akışkanlar ve saf su kullanıldı. Ayrıca, CaCl2.6H2O ile doldurulmuş bir gizli ısı depolama ünitesi bu iki fazlı termosifon güneş enerjili su ısıtıcısının kondenser ünitesine eklendi. En düşük termal performans saf su için elde edilirken, en yüksek termal performans CuO-H2O nano akışkan için elde edildi.

Abstract:
Solar thermal energy is by far the largest exploitable resource. It is a very convenient source of heating. It can be used free of charge, and does not need to be transported. The critical problem for solar thermal utilization is how to improve the efficiency of the solar collector. It can be performed with optimizing the structure of collector or developing a new type of working fluid. Currently, water as a fluid in solar thermal energy system is used widely. But the thermal conductivity of water is not high.
With the development of nanotechnology, an innovative heat transfer fluid arise. Nanofluids, a relatively new class of fluids which consist of a base fluid with nano-sized particles (1-100 nm) suspended within them. These particles are generally metals or metal oxides. Nanofluids have been considered as a new-type heat transfer fluid because of their enhanced thermal conductivities. Recently some researchers have put forward to use the nanofluid as the working fluid for the solar collectors. Also, new technological advancements, like phase change materials (PCM), and their integration with solar collectors produced better results in recent years.
In this work, an experimental study was performed to determine thermal performance of a two-phase thermosyphon solar water heater, which utilizes heat pipes filled with two different nanofluids and pure water. Al2O3-H2O, CuO-H2O nanofluids and pure water were used in experiments. Also, a latent heat storage unit filled with CaCl2.6H2O was integrated to condenser unit of this two-phase thermosyphon solar water heater system. The highest thermal performance has been obtained for CuO-H2O nanofluid while the lowest thermal performance has been obtained for pure water.