Güneş termik santrallerinde kullanılan bir parabolik güneş kolektörünün termal hidrolik analizi
Thermo hydraulic analysis of a parabolic trough solar collector using in solar thermal power plants
Yazar: MUSTAFA DEMİRCİ
Danışman: PROF. DR. HACI MEHMET ŞAHİN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Elektrik enerjisi = Electrical energy ; Hidrotermal = Hydrothermal ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic ; İç sürtünme katsayısı = Internal friction coefficient

Özet:
Bu çalışmada güneş termik santrallerinde kullanılan bir parabolik güneş kolektörünün hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile termal hidrolik analizi yapılmıştır. Kızgın buhar kullanılan parabolik kolektörün Reynolds Sayısı (Re)'na bağlı basınç kaybı ΔP, sıcaklık dağılımı T ve sürtünme faktörü f etkileri araştırılmıştır. Bu inceleme için bir HAD yazılım programı olan ANSYS-FLUENT kullanılmıştır. Yapılan hesaplamalarda RNG türbülans modelinin Non-equilibrium Wall Function duvar dibi yaklaşımı seçilmiş ve sayısal ağdan bağımsızlığı ispatlanmıştır. Deneysel veriler İspanya'nın Almeria şehrinde kurulu bulunan Platforma Solar Elektrik Santrali'nden alınmıştır. Bu çalışmada kurulmuş olan sayısal modelin sonuçları, 240,4 0C sıcaklık ve 3,21 MPa basınçta yapılan deneysel sonuçlarla uyumlu çıkmıştır. Sonuçların uyumlu çıkması ile 240,4 0C sıcaklık ve 3,21 MPa basınçta 0,499; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7 ve 0,8 kg/s kütlesel debilerde ve 500 0C sıcaklıkta ve 10 MPa basınçta 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5 ve 1,6 kg/s kütlesel debilerde çalışmalar yapılmıştır. Ayrıca 300 0C sıcaklık ve 1 kg/s kütlesel debide 1; 2; 3; 4 ve 5 MPa basınçlar için basıncın akışa etkisi incelenmiştir. Sonuç olarak Re'nın, sürtünme faktörüyle ters orantılı, basınç kaybıyla da doğru orantılı olduğu, basıncın da sürtünme faktörü ve basınç kaybı ile ters orantılı olduğu bulunarak Re'ye bağlı korelasyonlar elde edilmiştir. Ayrıca bu çalışmada kütlesel debi ve basıncın sıcaklık dağılımına etkisi de incelenmiştir.

Abstract:
In this study, thermo hydraulic analysis of a parabolic trough collector used in solar thermal power plants has been investigated on a computational fluid dynamics (CFD). In that respect, the pressure drop ΔP, friction factor f and temperature distribution T of dependence Reynolds Number (Re) of the superheated steam flow as heat-transfer fluid in the absorber tubes of the parabolic-trough solar collector have been analyzed effects, numerically. The numerical model has been designed and developed by the CFD package ANSYS-FLUENT with RNG Non-Equilibrium wall function turbulence model. The optimized mesh structures have been constructed and then data of numerical model was matching by the experimental data at 240,4 0C temperature and 3,21 MPa pressure of the solar test facility located at the Plataforma Solar de Almería, Spain. After the results have been compatible, the study has been performed at 0,499; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7 ve 0,8 kg/s mass flows in the cases of 240,4 0C temperature and 3,21 MPa pressure and at 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5 ve 1,6 kg/s mass flows in the cases of 500 0C temperature and 10 MPa pressure. In addition, the some other CFD studies have been realized influence of pressure for the fluid for 1; 2; 3; 4 and 5 MPa pressures, 1 kg/ mass flow and 300 0C temperature. Consequently, decided that Re is directly proportional to the pressure drop, inversely proportional to the friction factor and also pressure is inversely proportional to the pressure drop. In addition to these, correlations of related Re were achieved. Furthermore, effects of mass flow and pressure have been examined to temperature distribution in this study.