Isı borulu vakum tüplü güneş kolektöründe gümüş-su nanoakışkan kullanımının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the use of silver-water nanofluid in the heat pipe evacuated tube solar collector
Yazar: VAHİT ÇORUMLU
Danışman: YRD. DOÇ. AHMET ÖZSOY
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu tez çalışmasında ticari uygulamalar için iş akışkanı olarak gümüş-su nanoakışkan kullanılan ısı borulu vakum tüplü güneş kolektörünün ısıl performansı araştırıldı ve saf su kullanılan sistemle karşılaştırıldı. İlk olarak uzun süreler boyunca kararlılığını koruyabilen gümüş-su nanoakışkan sentezi gerçekleştirildi. Sentez tekniğinde iki adımlı yöntem kullanıldı. Sentezlenen nanoakışkanlar arasında ısıl iletkenliği en yüksek ve kararlılığı en fazla olan 20 ppm gümüş-su nanoakışkan, ısı borusu ve ısı borulu vakum tüplü kolektör performans testlerinde kullanıldı. Nanoakışkanın yapısal karakterizasyonu UV-görünür bölge spektroskopisi, X-ışınları difraksiyonu, taramalı elektron mikroskobi analizi, zeta potansiyeli analizi ve ısıl iletkenlik ölçümü ile gerçekleştirildi. Gümüş-su nanoakışkan içerisindeki gümüş nanopartiküllerin ortalama boyutu 60 nm bulundu. Gümüş-su nanoakışkan ve saf su şarjlı silindirik bakır ısı borusunun performans testleri yapıldı. Nanoakışkan şarjlı ısı borusunun performans testleri ısı borusunun performansındaki değişimleri gözlemlemek amacıyla iki hafta aralıklarla 4 kez tekrar edildi. Elde edilen sonuçlar nanoakışkan şarjlı ısı borusunun ısı transfer hızının saf su şarjlı ısı borusununkinden daha yüksek olduğunu vurgulamaktadır. Bununla birlikte nanoakışkan şarjlı ısı borusundaki tekrarlanan testler ısı borusunun ısı transfer özelliklerinde zamanla kaydadeğer bir değişme olmadığını ve ısıl dirençlerde, buharlaşma ve yoğuşma ısı taşınım katsayılarında bir dalgalanma olduğunu göstermektedir. Ardından gerçekleştirilen kolektör verim testlerinde saf su kulanılan kolektör en yüksek ve en düşük verimi sırasıyla 0.58 ve 0.20; nanoakışkan kullanılan kolektör en yüksek ve en düşük verimi ise 0.70 ve 0.28'dir. Nanoakışkan kullanımıyla saf su kullanılan kolektöre göre verim artışı %20.7 ile %40 aralığında değişmektedir. Deney sonuçları sentezlenen gümüş-su nanoakışkanın vakum tüplü ısı borulu güneş kolektöründe kullanımının saf su ile çalışan kolektör sistemine göre kayda değer bir iyileşmeye neden olduğunu göstermektedir.

Abstract:
In this thesis study, the thermal performance of a heat pipe evacuated tube solar collector using the silver-water nanofluid as a working fluid for commercial applications was investigated and compared with system using the pure water. Firstly, the synthesis of silver-water nanofluid was carried out which can maintain its long-term stability. A two step method was used in the synthesis technique. In the synthesized nanofluids, 20 ppm silver-water nanofluid with the highest thermal conductivity and highest stability was used in performance tests of the heat pipe and the heat pipe evacuated tube collector. Structural characterization of the nanofluid was performed by UV-visible spectroscopy analysis, X-ray diffraction analysis, scanning electron microscopy analysis, zeta potential analysis and thermal conductivity measurement. The average size of the silver nanoparticles in the silver-water nanofluid was found to be 60 nm. Performance tests of the cylindrical copper heat pipes charged with the silver-water nanofluid and the pure water were performed. Experiments of heat pipe charged with silver-water nanofluid were repeated four times at intervals of two weeks in order to observe changes in the performance of heat pipe. The results emphasize that the heat transfer rate of the heat pipe charged with the nanofluid is higher than that of heat pipe changed with the pure water. However, repeated tests in the nanofluid-charged heat pipe show that there is not a significant change over time in the heat transfer properties of the heat pipe and that there is a fluctuation in thermal resistances, evaporation heat transfer coefficients and condensation heat transfer coefficients. In the collectors efficiency tests, the highest and lowest efficiencies of the collector using the pure water were 0.58 and 0.20; The highest and lowest efficiencies of the collector using the nanofluid are 0.70 and 0.28, respectively. With the use of nanofluid, The efficiency increase varies between 20.7% and 40% according to the collector using pure water. Experimental results show that the use of the synthesized silver-water nanofluid in the heat pipe evacuated tube solar collector results in a significant improvement according to the system using the pure water.