Faz değişim malzemeli bir soğutucuda içe doğru ergime probleminin parametrik olarak incelenmesi
Parametric study of inward melting problem for phase change material cooler
Yazar: MOSTAFA F. ASKER
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HÜSEYİN GÜNERHAN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı değiştiriciler = Heat exchangers

Özet:
Çevresel yararları ve enerji ekonomisine getirdiği olumlu katkılar nedeniyle yurtdışında giderek kullanım alanı genişleyen ve kabul gören, enerji depolama sistemlerinden faz değişim malzemeli taşınabilir bir soğutucunun ısıl tasarımı bu çalışmanın temelini oluşturmaktadır. Amaç, Türkiye'de son yıllarda kullanım alanı giderek artan ve elektrik enerjisi kullanımında büyük bir artışa neden olan klima sistemlerine karşı alternatif bir sistem geliştirmektir.Geliştirilmek istenen faz değişim malzemeli taşınabilir soğutucu sistemi, bir gövde- boru tipi ısı değiştiricisinden oluşmaktadır. Isı değiştirici içindeki borular düşey konumdadır ve boruların içinde 23°C sıcaklıkta eriyebilen bir faz değişim malzemesi bulunmaktadır.Bu çalışmada öncelikle bir silindirik boru içerisindeki faz değişim malzemesinin içe doğru katılaşması zamana bağlı ve teorik olarak incelenmiştir. Silindirik koordinatlarda başlangıç sıcaklığı ergime sıcaklığındaki durumu için toplam katılaşma zamanı ve katılaşma konumu hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçların daha önce yapılan çalışmalar ile uyum içersinde olduğu görülmüştür.Çalışmanın sonraki aşamalarında kapalı bir hacmin sıcaklığını azaltmak için yararlanılan gizli ısı depolama sisteminin ısıl hesaplamaları üzerinde durulmuştur. Faz değişim malzemeli soğutucu tasarımına ilişkin sayısal bir yöntem geliştirilmiş ve daha önce yapılan analitik yöntem ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra faz değişim malzemeli soğutucu üzerine parametrik bir çalışma yapılmıştır. Anlık ısı transfer miktarı, ısı değiştiricisinin çektiği enerji ve toplam ergime zamanı parametrik olarak incelenmiş ve bununla ilgili grafikler çizilmiştir.

Abstract:
Thermal storage units that utilize latent heat of phase change materials (PCM) are used for domestic heating or cooling in climates characterized by high temperatures in the daytime and cool nights. During the day the PCM absorbs heat in the building and melts, while at night it releases its latent heat to the ambient and solidifies. Thus, a PCM-based unit replaces an air conditioner, which requires considerable electrical energy for its operation.A case study is presented in which a real-size room at daytime is cooled by a latent heat storage unit. The unit is designed as a shell and tube heat exchanger. The tubes are vertical and filled with a phase change material which melts at 23°C, while the ambient temperature is 35°C.In this work the inward solidification in cylindrical coordinates is investigated. The total solidification time of a phase change material (PCM) inside cylindrical container was determined.In this work an analysis of a tubular heat exchanger is presented. In the heat exchanger, the phase change material melts inside tubes while air flows across the tube banks.A numerical solution is obtained and compared with the results of analytical solution. Also a parametric study for phase change material cooler was made. Simple formulas are found for the overall heat exchange parameters, like heat transfer rate, stored energy and total melting time.