Güneş enerjili hava ısıtıcılarında uzatılmış çarpan jet ve çukur kanatçık boyutlarının verime etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of effect of extended impinging jet and dimple fin dimensions on the efficiency of solar air heater
Yazar: EZGİ ÇALAR
Danışman: PROF. DR. KAMİL ARSLAN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Hava ısıtma = Air heating ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Isı geçişi = Heat transfer ; Kanatçıklar = Blades ; Nozul = Nozzle ; Çarpan hava jetleri = Impinging air jets

Özet:
Teknolojinin ilerlemesi ve sanayinin büyüyüp gelişmesiyle enerjiye olan ihtiyaç günden güne artmaktadır. Enerji ihtiyacının büyük oranı fosil yakıtlardan karşılanmaktadır ve dünya bu ihtiyacı her gün daha da zorlanarak karşılamaktadır. Yenilenemez enerji kaynaklarının azalması ve kullanımıyla dünyaya verdiği zararın azaltılması, dünyada var olan ve giderek artan enerji krizinin önlenmesi amacıyla çevreye duyarlı enerji kullanımına yönlendirmektedir. Güneş enerjisi, yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde kullanım kolaylığı ve yüksek düzeyde enerji kazandırması nedeniyle daha çok tercih edilmektedir. Güneş enerjisinin kullanıldığı mühendislik uygulamalarından birisi de güneş enerjili hava ısıtıcılardır. Bu çalışmada güneş enerjili hava ısıtıcılar hakkında bilgi verilmiş olup, sistem verimini arttırmak amaçlı çarpan jet ve çukur kanatçıklar kullanılmıştır. Çukur kanatçıkların çaplarında yapılan değişikliklerin güneş enerjili hava ısıtıcılarındaki verim artışına etkileri araştırılmıştır. Sayısal çözümler için Ansys Fluent 2020R2 ticari programı kullanılmıştır. Sayısal analizler türbülanslı akış şartlarında (10000≤Re≤25000) gerçekleştirilmiştir.Yapılan bu çalışma için en iyi performans değerine sahip durum, Re=25000 değerinde P/d=0'da olan Durum 4 olmuştur. Performans değeri 1,27 ile maksimum değer olarak elde edilmiştir. Ayrıca, her tasarım parametresi için optimizasyonu sağlayan "Response Surface Methodology" yöntemi kullanılmıştır. Sayısal analizlerden elde edilen sonuçların doğruluğu, sistemde kullanılan her faktörün etkisi, P-değeri, ortalama Nusselt sayısı (Nu) ve basınç düşüşü korelasyonları da belirlenmiştir. Optimizasyon sonunda elde edilen veriler güvenilir sonuçlar vermiştir.

Abstract:
With the advancement of technology, growth and development of the industry, the need for energy has been increasing day by day. Most of the energy need is met from fossil fuels and the world meets this need with more difficulty every day. The reduction of non-renewable energy resources and the reduction of the damage, they cause to the world through their use, lead to the use of environmentally friendly energy in order to prevent the existing and increasing energy crisis in the world. Solar energy is preferred more among renewable energy sources due to its ease of use and high level of energy gain. One of the engineering applications in which solar energy is used is solar air heaters. In this study, information about solar air heaters is given, impinging jet and hollow fins are used to increase system efficiency. The effects of changes in the diameter of the hollow fins on the efficiency increase in solar air heaters were investigated. Ansys Fluent 2020R2 commercial program has been used for numerical solutions. Numerical analyzes were performed under turbulent flow conditions (10000≤Re≤25000).The case, which is the best performance value for this study, has been obtained for Case 4 at P/d=0 and Re=25000. The performance value has been obtained with 1,27 as the maximum value. In addition, the "Response Surface Methodology" method, which provides optimization for each design parameter, is used. The accuracy of the results obtained from numerical analyses, the effect of each factor used in the system, P-value, average Nusselt number (Nu) and pressure drop correlations were also determined. The data obtained at the end of the optimization gave reliable results.