Paketlenmiş gözenekli bir yatakta duyulur ısıl enerji depolamanın sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of sensible thermal energy storage in a packed porous bed
Yazar: TAYFUN ERKINACI
Danışman: PROF. DR. AYŞE FİLİZ BAYTAŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Enerji Enstitüsü / Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Enerji = Energy
Dizin: ANSYS = ANSYS ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş enerjisi santrali = Solar energy plant ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Isı analizi = Heat analysis ; Isı depolama = Heat storage ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic ; Termal analiz = Thermal analysis ; Termal enerji = Thermal energy ; Termodinamik analiz = Thermodynamic analysis

Özet:
Isıl enerji duyulur ısı, gizli ısı ve kimyasal enerji olarak termal enerji depolama sistemlerinde (TES) depolanabilmektedir. Duyulur ısı formunda enerji depolamada enerji malzemenin fazında değişiklik olmadan katı ve sıvı ısıtılarak ve soğutularak depolanabilir ve sistemden çekilebilir. Paketlenmiş yatakta duyulur ısıl enerji depolama sistemleri, paketlenmiş katı malzeme ve boşluktaki akışkandan oluşmaktadır. Enerji gözenekli ortamda depolanmaktadır. Gözenekli ortamın türü ve gözeneklilik değeri paketlenmiş yatak ısıl enerji depolama sistemleri için çok önemlidir.
Bu tez çalışmasında paketlenmiş yatakta duyulur ısıl enerji depolama sistemi sayısal olarak analiz edilmiştir. Paketlenmiş yatak teknolojisinin kullanıldığı gözenekli ortam, ısı transferi akışkanı olarak havadan ve ısıl enerji depolama malzemesi olarak çelik, cordierite ve kaya parçasından oluşan bilyelerden oluşmaktadır. Bu malzemeler yüksek sıcaklıkta ısıl depolama için uygundur. Korunum denklemleri ANSYS Fluent programı kullanılarak çözülmüştür. Gözenekli ortamda ısı transferi için ısıl dengede olmayan sistem kullanılmıştır. Analizler zamana bağlı olarak gerçekleştirilmiştir. Akışkanın ısıl fiziksel özellikleri sıcaklığa bağlı değişirken, katının ısıl fiziksel özellikleri sabit kabul edilmiştir. Sonuçlarda çeşitli malzemelerin, debinin ve gözenekliliğin depolanan enerji miktarı ve depolama süresine üzerindeki etkisi verilmiştir.

Abstract:
Thermal energy is stored as sensible heat, latent heat or chemical energy in thermal energy storage systems (TES). Energy is stored or extracted by heating or cooling a liquid or a solid without phase changing in a sensible heat storage system. TES in packed beds is used for efficient implementation of concentrated solar power. A sensible TES sysytem consists of packed solid material and fluid in voids. The type of porous medium and porosity are important for these systems.
A sensible TES system is numerically investigated in this study. The system has air as heat transfer fluid and solid spheres as thermal storage material. Steel, cordierite and rock spheres are used as solid part of porous medium. These materials are convenient for thermal energy storage at high temperature. The governing equations are solved by using ANSYS fluent software. The local thermal non-equilibrium model is used in the porous medium. The problem is analyzed in transient time. The fluid thermo-physical properties are temperature dependent, the solid's properties assumed as constant. The results showed that the kind of material, the porosity of the packed bed, and the mass flow rate effect on the thermal energy storage and the storage time.