Güneş kollektörü olarak kullanılan bir evin çatısının dış yüzeyinden zorlanmış konveksiyon ile gerçekleşen ısı transferinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of forced convection heat transfer from outer surface of the roof of a house used as a flat plate solar collector
Yazar: ZAFER DENİZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. OĞUZ TURGUT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yapılan bu çalışmada; iki katlı bir binanın çatısına düz olarak yerleştirilmiş, düz plaka güneş kolektörünün üst yüzeyinden rüzgâr nedeniyle zorlanmış konveksiyonla oluşan ısı transferi katsayıları sayısal olarak hesaplanmıştır. Yapılan çalışma, Fluent 6.1.3 paket programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.Ortalama ısı transferi katsayılarını belirleyebilmek için yapılan sayısal çalışmada; kare ve dikdörtgen şeklindeki kolektörlerin yerleştirildiği evler kullanılmıştır. Kolektörlerin ?=25º ve 45º çatı eğim açısı ve ß=0º, 90º ve 180º rüzgâr geliş açısına göre farklı şartlar için çözümler yapılmıştır. Akış geometrisi ve ağ yapısı Gambit 2.0 paket programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çözümlerde akışkan olarak hava kullanılmıştır. Temel korunum denklemleri kararlı rejimde, 3 boyutlu ve türbülanslı akış şartlarında çözülmüştür. Türbülans modeli olarak k-? realizable türbülans modeli kullanılmıştır. Kolektörün yüzeyindeki ortalama Nusselt sayısı, Reynolds sayısına bağlı olarak Nu= a Re b şeklinde korelasyonlar ile ifade edilmiştir.Yapılan sayısal çalışmalar sonucunda elde edilen verilerden, ortalama ısı transferi katsayısının rüzgarın geliş açısı ß ve çatı eğim açısı ?'ya bağlı olduğu görülmüştür. Sayısal çalışma sonuçlarının deneysel sonuçlarla uyum içerisinde olduğu görülmüştür.Ayrıca; standart denklemin, ( ), ortalama ısı transferi katsayısını daha az hesapladığı görülmüştür.

Abstract:
This study presents the results of forced convective heat transfer coefficients on the surface of flat-plate solar collectors flush mounted on two-story residential buildings and exposed to the wind. This study was carried out numerically. In this period it was used fluent package program.In this numerical study, houses having square and rectangular shaped collectors were used in order to determine the average heat transfer coefficient. Solutions were performed for various collectors having ?=25º and 45º roof slope angles and ß=0º, 90º, and 180º wind attack angles. These models were created using Gambit 2.0 package program and meshes were built on these models. Air was used as the working fluid. Governing equations were solved for steady-state, three dimensions, and turbulent flow conditions. k-? realizable model was used as the turbulence model. Correlations having forms of Nu= a x Reb were obtained.It has been found that the average transfer coefficient is remarkably sensitive to the wind direction and the roof slope angle. Comparison of computational results with experimental results showed satisfactory agreement.It was observed that the currently standard computational equation ( , which is, in reality, not well suited to the application) estimates the average heat transfer coefficient low.