Çalışma akışkanı olarak Ag/saf su nanoakışkanı kullanılan bir vakum tüplü U-borulu güneş kolektörünün deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of an evacuated U-tube solar collector using Ag/pure water nanofluid as working fluid
Yazar: ALİ KURUKAVAK
Danışman: DOÇ. DR. KAMİL ARSLAN
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Güneş toplayıcıları = Solar collectors ; Isı geçişi = Heat transfer ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Verim = Yield

Özet:
Bu çalışmada Ag/PW (gümüş/saf su) nanoakışkanı kullanılan bir vakum tüplü U-borulu güneş kolektörünün verimi deneysel olarak araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar için 15 nm boyutundaki Ag nanoparçacıklar %0,005 kütlesel oranında baz akışkan saf su ile karıştırılarak Ag/PW nanoakışkanı hazırlanmıştır. Deneyler 20 Temmuz–18 Ağustos 2018 tarihleri arasında 30 gün boyunca, kararlı hal (süreklilik) şartlarında gerçekleştirilmiştir. Deneyler, aynı çalışma koşullarında dört farklı kütlesel debide (0,020–0,063 kg/s) çalışma akışkanı olarak nanoakışkan ve saf su kullanılarak eş zamanlı olarak gerçekleştirilmiştir. Karabük ilinin meteorolojik şartlarında, her iki kolektör eğimleri 45o güneye dönük olacak şekilde yerleştirilmiştir. Yapılan bütün deneylerde, kolektörün giriş sıcaklığının çevre sıcaklığına eşit olduğu durumda, çalışma akışkanı olarak Ag/PW nanoakışkanı kullanılan kolektörde maksimum kolektör verimi elde edilmiştir. Genellikle çalışma akışkanının kütlesel debisinin artmasıyla kolektör veriminin arttığı gözlemlenmiştir. Maksimum kolektör verimi 0,051 kg/s kütlesel debi değerinde Ag/PW nanoakışkanı için %72,27; saf su için ise %59,59 olarak hesaplanmış ve saf suya oranla Ag/PW nanoakışkanı kullanımının kolektör verimini %21,27 oranında arttırdığı tespit edilmiştir. Ayrıca, ortalama kolektör verimleri 0,020–0,063 kg/s kütlesel debi aralığında Ag/PW nanoakışkanı için %50,45–%56,61; saf su için ise %36,51–%41,17 olarak hesaplanmış ve saf suya göre kolektör veriminde yaklaşık olarak %38,16–%37,51 oranında artış tespit edilmiştir. Ag nanoparçacıklarının gelişmiş ısıl iletkenlikleri sayesinde kolektör veriminde önemli bir artışa neden olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
In this study, the efficiency of evacuated U-tube solar collector using Ag/PW (silver/pure water) nanofluid as working fluid was investigated experimentally. For experimental studies, Ag/PW nanofluid was prepared by mixing pure water and 15 nm in size Ag nanoparticles having mass concentration of 0,005%. The tests were carried out for 30 days between July 20 and August 18, 2018 under steady state conditions. The experiments were carried out simultaneously using nanofluid and pure water as working fluids at four different mass flow rates (0,020-0,063 kg/s) under the same operating conditions. In the meteorological conditions of the province of Karabük, the tilt angles of the both collectors were arranged at 45o south. In all experiments, the maximum collector efficiency was obtained using Ag/PW nanofluid as working fluid in the collector when the inlet temperature of the collector was equal to the ambient temperature. It has been generally observed that the collector efficiency increases with increasing the mass flow rate of the working fluid. It was calculated that the maximum collector efficiency was 72,27% for Ag/PW nanofluid and 59,59% for pure water at mass flow rate of 0,051 kg/s. It was determined that the collector efficiency increased to 21,27% by using Ag/PW nanofluid as working fluid compared to the pure water. Furthermore, it was calculated that the average collector efficiencies were in the range of 50,45%–56,61% for Ag/PW nanofluid whereas the average collector efficiencies were 36,51%–41,17% for pure water and the collector efficiency increased to 38,16%–37,51% compared to pure water at mass flow rates range of 0,020–0,063 kg/s. It was seen that Ag nanoparticles caused a significant increase in the collector efficiency due to having higher thermal conductivity.