Vakum cam tüplü güneş kollektörlerinde CuO+MgO/saf su hibrit nanoakışkan kullanılarak ısıl performansının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the thermal performance of evacuated tube solar collector using CuO+MgO/pure water hybrid nanofluid
Yazar: LEVENT GÜNGÖR
Danışman: DOÇ. DR. HALİL İBRAHİM VARİYENLİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Fosil kaynakların sınırlı olması, atmosferdeki karbon miktarını artırması ile birlikte küresel ısınmaya yol açması gibi olumsuz etkileri göz önünde bulundurulduğunda yenilenebilir enerjiye olan ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır. Kolay ulaşılabilir, ücretsiz, tükenmez ve temiz enerji olmasından dolayı yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş enerjisi önemli bir yere sahiptir. Güneş enerjisinin ısıl enerjisini kullanmak için güneş kollektörleri kullanılmaktadır. Yapılan bu çalışmada ısı borulu vakum tüplü bir güneş kollektöründe çalışma akışkanı olarak saf su ve nanoakışkanın ısıl performansları deneysel olarak incelenmiştir. Temel akışkan olarak saf su içerisine kütlesel olarak %2 CuO+MgO (50:50) ve yüzey aktifleştirici iki adım yöntemi ile karıştırılarak nanoakışkan elde edilmiştir. Bir grup ısı borusuna hazırlanan nanoakışkan hacimce 1/3 oranında doldurulmuş ve ısı borusu vakumlanmıştır. Diğer bir grup ısı borusuna saf su eklenerek vakumlanmıştır. Hazırlanan ısı borulu vakum tüplü güneş kollektöründen 1 lt/dk, 2 lt/dk ve 3 lt/dk debilerle su geçirilerek 10:00 ile 16:00 saatleri arasında 15 dakika aralıklarla ölçümler yapılmıştır. Yapılan ölçümler sonucu kollektörde çalışma akışkanı olarak saf su kullanıldığında 1 lt/dk, 2 lt/dk ve 3 lt/dk debilerdeki ortama ısıl verimler sırasıyla %49,62, %52,64 ve %56,18 olarak elde edilmiştir. Ayrıca kollektörde çalışma akışkanı olarak CuO+MgO/saf su hibrit naoakışkan kullanıldığında 1 lt/dk, 2 lt/dk ve 3 lt/dk debilerdeki ortama ısıl verimler sırasıyla %69,89, %73,41 ve %77,21 olarak elde edilmiştir. Deneysel sonuçlara göre ısı borulu vakum tüplü güneş kollektöründe çalışma akışkanı olarak CuO+MgO/saf su hibrit naoakışkan kullanılması durumunda 1 lt/dk, 2 lt/dk ve 3 lt/dk debilerdeki verim ortalama olarak sırasıyla %40,85, %39,45 ve %37,43 artış göstermiştir. Yapılan bu çalışma ile ısı borulu vakum tüplü güneş kollektöründe CuO+MgO/saf su hibrit naoakışkan kullanımının ısıl performansı önemli ölçüde artırdığı görülmüştür.

Abstract:
Considering the negative effects such as limited fossil resources, increasing the amount of carbon in the atmosphere and causing global warming, the need for renewable energy is increasing day by day. Solar energy, one of the renewable energy sources, has an important place because it is easily accessible, free, inexhaustible and clean energy. Solar collectors are used to use the thermal energy of solar energy. In this work, the thermal performances of pure water and nanofluid as working fluid in heat pipe evacuated tube solar collector were experimentally investigated. Nanofluid was obtained by mixing 2% CuO+MgO (50:50) by mass and surfactant into pure water as the basic fluid, using the two-step method. The prepared nanofluid was filled in a group of heat pipes at a rate of 1/3 by volume and the heat pipe was vacuumed. Pure water was added to another group of heat pipe and vacuumed. Measurements were made at 15-minute intervals between 10:00 and 16:00 by passing domestic water at 1 lt/min, 2 lt/min and 3 lt/min flow rates from the prepared heat pipe evacuated tube solar collector. According to the experimentally obtained results, mean thermal efficiencies of the collector using pure water as working fluid at 1 lt/min, 2 lt/min and 3lt/min were obtained as 49,62%, 52,64% and 56,18% respectively. Also, mean thermal efficiencies of the collector using CuO+MgO/pure water hybrid nanofluid as working fluid at 1 lt/min, 2 lt/min and 3lt/min were obtained as 69,89%, 73,41% and 77,21% respectively. The experimental outcomes indicated that using CuO+MgO/pure water hybrid nanofluid in the collector as working fluid averagely enhanced the efficiency as 40.85%, 39.45% and 37.43% at flow rates of 1 lt/min, 2 lt/min and 3lt/min, respectively. The present study releaved that utilizing CuO+MgO/pure water hybrid nanofluid in the heat pipe evacuated tube solar collector significantly increased the thermal performance.