Isı akümülatör tankının geliştirilmesinin sayısal ve deneysel olarak araştırılması
Experimental and numerical investigations to improvement heat accumulator tank
Yazar: MUSTAFA WAHBY KANBAR JABER
Danışman: PROF. DR. ALİ GÜNGÖR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında; ısı pompası ve güneş enerjisi ile su ısıtma sistemlerinde ısıl enerji depolamak için kullanılan içinde serpantin boru bulunan dikey tip silindirik sıcak su deposu (akümülatör) içerisine yönlendirici tip koni levha konulmasının sıcaklık tabakalaşması üzerine etkisi, sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Tüm yapılan çalışmalar, deponun şarj edilmesi durumunda gerçekleştirilmiştir.   
Sıcak su deposu içerisinde kullanılacak, en iyi ısıl tabakalaşmayı sağlayan serpantin borusunun çapının ve bükme çapının belirlenmesi amacıyla sayısal çalışmalar yapılmıştır. Bu sayısal çalışmalar, serpantin borusuna giren suyun debi ve sıcaklığı değiştirilerek ANSYS 14.5.7 programında gerçekleştirilmiştir. Bu programda yapılan analizlerde süreklilik, momentum ve enerji eşitlikleri üç boyutlu zamana bağlı olarak çözülmüştür.
Sıcak su deposu içerisine koni konulması ile sıcaklık tabakalaşmasında oluşan farkın etkisini daha net görebilmek için, ilk olarak, depo içerisinde yönlendirici koni konulmadan sayısal çalışmalar yapılmıştır. Daha sonra yapılan sayısal çalışmalarda depo içerisine farklı d1/D,d2/D, h/H ve x/H oranlarında koni konulması ve bu yönlendiricilerin ısıl tabakalaşma üzerine sağladığı etkiler incelenmiştir. Burada, H ve D sırası ile tankın yüksekliği ve çapı, x tankın taban yüzeyinden koniye kadar olan mesafesi, d1 ve d2 koninin üst ve alt kısmının çapı, h ise koninin yüksekliğidir. Yapılan bu incelemeler neticesinde, en iyi ısıl tabakalaşmayı sağlayan boyutsuz değerlere sahip yönlendirici koni sayısal olarak belirlenmiştir.
Sayısal çalışmalar sonucunda elde edilen en iyi sıcaklık tabakalaşmasını sağlayan serpantin borusu çapı ve bükme çapına sahip, ile  boyutları belirlenen koni imal edilerek deneysel çalışmalar yapılmıştır. Sayısal çalışmalar ile aynı koşullarda gerçekleştirilen deneysel çalışmalardan sonra iki çalışmanın da analiz sonuçları karşılaştırılmış ve birbirleriyle uyumlu oldukları görülmüştür.

Abstract:
In this study; experimental and numerical investigation on thermal stratification is studied, by placing cone type guidance inside cylindrical vertical with an immersed heat exchanger type of hot water tank (accumulator), which is used widely in heat storage operation with heat pump and solar water heating systems. All of the case studies are carried out from charged state tanks. 
To provide better thermal stratification inside hot water tank, immersed heat exchanger pipe diameter and bending radius are studied first. Furthermore, in the analysis stage three-dimensional and time-dependent of continuity, momentum and energy equations are solved by ANSYS program at different value of entrance water's temperature and flow rate.
To clarify the effect of the cones on the temperature stratification, initially numerical studies are performed without placing the cone and subsequently examined with various ratios (d1/D, d2/D, h/D and x/H) of cone sizes. Where H and D are accumulator height and diameter respectively, x represent the distance between the bottom surface of the tank to the cone, d1 and d2 are the top and bottom diameter of the cone, and h is the height of the cone. Owing to this investigation, the dimensionless value of the cone was determined numerically, providing the best thermal stratification inside the tank.
Finally, the best numerical result from dimensionless analysis of the cone size is selected for manufacture. The experimental results determined from this product are compared with the numerical model's result under the same operating conditions. The comparison between experimental data and the numerically obtained result shows a reasonable agreement