U-tüp güneş kollektörünün çeşitli nanoakışkanlar kullanılması durumunda ısıl performansının teorik olarak incelenmesi
The theoretical investigation of the thermal performance of the u-tube solar collector using various nanofluids
Yazar: ERDAL YILDIRIM
Danışman: DOÇ. DR. ALİ YURDDAŞ
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Güneş enerji sistemleri dünyamızda enerjinin büyük kısmını harcadığımız su ısıtmada büyük bir öneme sahiptir. U-tüplü güneş kollektörlerinin su ısıtmada güneş enerjili sistemler arasında oldukça önemli bir yeri vardır. Su ısıtmada kullanılan yoğun enerjinin çevre dostu bu tip güneş enerjili sistemler ile karşılanması daha temiz bir doğa için CO2 ve SO2 emisyonlarını azaltacaktır. Bu sebeple; vakum tüplü güneş kollektör sistemlerinden U-tüplü bütün bir sistemin ısıl performansı değerlendirilmiştir. İçerisinde 10 adet U-tüp barındıran sistemin, farklı iş akışkanları bulundurması ve farklı ısı akıları ile debiler dikkate alınarak ısı transfer kabiliyeti incelenmiştir. Bu inceleme için sonlu hacimler metodu kullanılmıştır. Model, deneysel ve nümerik birçok çalışma ile doğrulanmıştır. Ele alınan sistem, 30º eğimli 10 adet vakum U-tüp ve bu tüplere bağlı bulunan manifoldların içerisinde iş akışkanı olarak su ve nanoakışkanlar (SiO2 - Cu) kullanılmıştır. İş akışkanında modellenen nanopartiküller farklı hacimsel oranlarda hibrit ve mono olarak ele alınmıştır. Sistemin ısıl ve hidrodinamik davranışları Boussinesq Yaklaşımı dikkate alınarak incelenmiş ve sistem çıkış sıcaklıkları hesaplanmıştır. Yapılan analizler ve karşılaştırmalar neticesinde nanoakışkan kullanımının ısıl kabiliyeti ele alınan sistemde iyileştirdiği görülmüştür. Bu iyileşmenin suya göre yaklaşık %15'lere kadar ulaştığı tespit edilmiştir. Hibrit nanoakışkan kullanımı ile birçok sistemde karşılaşılan çökelme sorununun da önüne geçilebilmesi açısından Cu nanopartikülüne göre daha hafif olan SiO2 nanopartikülü kullanımının ısıl etkileri görülmüştür. Böylece hacimsel olarak daha fazla Cu nanopartikülü kullanmak yerine
hibrit olarak SiO2 nanopartikülü ile birlikte daha düşük miktarlarda kullanılması hem çökelme sorununu ortadan kaldırır hem de iş akışkanının ısıl kabiliyetini iyileştirir.

Abstract:
Solar energy systems are of great importance for water heating, where we spend most of the energy in our world. U-tube solar collectors have a very important place in water heating among solar energy systems. Compensation of the intense energy used for water heating by this type of environmentally friendly solar energy system, will reduce CO2 and SO2 emissions for a cleaner nature. Therefore; The thermal performance of a U-tube complete system from evacuated tube solar collector (ETSC) systems was assessed. The heat transfer capability of the system, which contains 10 U-tubes, has been examined by considering the fact that it has different work fluids and different heat fluxes and flow rates. The finite volume method is used for this analysis. The model has been verified by many experimental and numerical studies. In the system under consideration has been used 10 vacuum U-tubes inclined at 30º, and water and nanofluidic (SiO2 - Cu) which were used as working fluid in the manifolds connected to these tubes. Nanoparticles modeled in the work fluid are considered as hybrid and mono at different volume fractions. The thermal and hydrodynamic behaviors of the system have been examined by taking into account the Boussinesq Approach, and the system outlet temperatures have been calculated. As a result of analyzes and comparisons made, it has been seen that the use of nanofluid improves the thermal capability of the system under consideration. It has been determined that this improvement reaches up to 15% compared to water. The thermal effects of using SiO2 nanoparticles, which are lighter than Cu nanoparticles, were observed in terms of the precipitation problem encountered in many systems when using hybrid nanofluids. Thus, instead of using more Cu nanoparticles in v
hybrid both eliminates the problem of precipitation and improves the heat capability of the work fluid.