Güneş enerjisi destekli hava ısıtıcısı performansının deneysel incelenmesi ve gri ilişkisel analiz yöntemi ile optimizasyonu
Experimental investigation of solar energy supported air heater performance and its optimization with grey relational  analysis method
Yazar: İSMAİL ATA
Danışman: PROF. DR. ADEM ACIR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez çalışmasında, yan yüzeyleri genişletilmiş üç düz bakır borudan imal edilerek yeni tasarlanmış bir güneş enerjisi destekli hava ısıtıcısının enerji, ekserji verimi ve termal hidrolik analizi yapılmıştır. Öncelikle düz boru şeklindeki hava ısıtıcısı olan Tip-I için deneyler yapılmış sonrasında içerisine dairesel şekilli farklı engel mesafesine ve farklı engel boşluk açısına sahip türbülatörler yerleştirilerek aynı koşullar altında deneyler tekrarlanmıştır. Düz boru şeklindeki Tip-I hava ısıtıcısından elde edilen enerji, ekserji verimleri ve ısıl performans değerleri ile içerisinde türbülatör bulunan Tip-II, Tip-III ve Tip-IV ısıtıcıların enerji, ekserji verimleri ile ısıl performansları karşılaştırılmıştır. Deneysel çalışma sonucunda en yüksek enerji ve ekserji verimi Tip-II hava ısıtıcısı için sırasıyla %79,5 ve %42,4 olarak bulunmuştur. Reynolds sayısının 3 000 ile 7 300 arasında değişimine bağlı olarak Nusselt sayısı Tip-II ısıtıcıda Tip-I ısıtıcıya göre ortalama %343 daha fazla bulunmuştur. En yüksek termal oran değeri 2,824 ile Tip-II hava ısıtıcısında Reynolds sayısının en düşük olduğu 3 000 değerinde elde edilmiştir. Elde edilen veriler ile Regresyon analizi yapılarak eşitlikler elde edilmiştir. Kullanılan türbülatörler parametrelerin etkileri Gri ilişkisel analiz yöntemi ile optimize edilmiştir. Deney sonuçlarının optimum olduğu dizilimin A1B1C4 olduğu tespit edilmiştir. Deneylerde kullanılan her bir parametrenin etki miktarını incelemek için Taguchi metodu kullanılarak varyans analizleri (ANOVA) yapılmıştır. Analizler sonucunda ortalama %62,9 ile Reynolds sayısının etkisi maksimum olarak bulunmuştur. En düşük etki eden parametre ise %14,8 ile engel mesafesidir.

Abstract:
In this thesis, energy, exergy efficiency and thermal hydraulic analysis of a novel designed solar air heater manufactured by three straight copper tubes having extension on lateral surfaces were performed. Firstly, experiments were conducted for Type-I air heater, which was designed as a flat tube heater. After that, same experiments were repeated when turbulators with different circular disturbance distances and different obstacle openings were replaced inside the tube. The energy, exergy efficiency and thermal performance of Type-II, Type-III, and Type-IV air heaters, which include turbulators inside the tube, were compared with the energy, exergy efficiency and thermal performance of Type-I air heater. The highest energy and exergy efficiency, 79,5% and 42,4% respectively, were obtained for Type-II air heater through experimental works. The number of Nusselt for Type-II air heater was found to be approximately 343% higher than the number of Nusselt for Type-I air heater for the values of Reynolds number between 3 000 and 7 300. The highest thermal ratio value was obtained for Type-II as 2,824 for the lowest value of Reynolds number, 3 000. Regression analysis was performed to derive equations through the experimental data. The effects of the parameters of the turbulators used were optimized by the grey relational analysis (GRA) method. It has been determined that the optimum sequence of the test results is A1B1C4. Variance analysis (ANOVA) was performed using the Taguchi method to examine the effect of each parameter used in the experiments. As a result of the analyzes, the effect of the Reynolds number was found to be highest with an average of 62,9%. The least effective parameter is the obstacle distance of 14,8%.