Isı borulu havadan havaya ısı geri kazanım ünitelerinde performansın iyileştirilmesi /
Yazar: KERİM MARTİN
Danışman: PROF. DR. KURTULUŞ BORAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Isı enerjisi = Heat energy

Özet:
Isı geri kazanımı çalışmaları tüm zamanlarda araştırmacılar tarafından sıklıkla çalışılan konular arasında yer almıştır. Dünya genelinde enerji kaynaklarının tükenme noktasına geldiği şu günlerde bu konu daha da ilgi çekici bir hale gelmiştir. Atık ısı geri kazanım üniteleri sayesinde dikkate değer bir enerji tasarrufu sağlanmaktadır. Bu tez çalışmasında ısı borusu içeren havadan havaya bir ısı geri kazanım ünitesinin performansının 2 farklı nano akışkan kullanarak iyileştirilmesi üzerine deneysel bir araştırma yapılmıştır. Performans göstergeleri olarak ısıl verim, ısıl direnç ve ısı boruları boyunca olan sıcaklık dağılımları dikkate alınmıştır. Isı borularında saf su yerine kullanılan nano akışkanlardan biri CuO ve Fe nano partikülleri ile hazırlanan hibrit nano akışkan olup diğeri de sadece CuO nano partikülü ile hazırlanan nano akışkandır. Sonuçlar kanal içi Re sayılarına göre kıyaslanmıştır. CuO+Fe/Saf Su hibrit nano akışkanı ile diğer akışkanlara göre daha yüksek verim ve iyileşme oranları elde edilmiştir. En yüksek verim değerine CuO+Fe/Saf Su nano akışkanının kullanıldığı soğuk kanal Re sayısının 7000 ve sıcak kanal Re sayısının 16600 olduğu koşulda %28,2 olarak ulaşılmıştır. En yüksek iyileşme oranı da yine bu akışkanın kullanıldığı soğuk ve sıcak kanal Re sayılarının sırasıyla 12300 ve 10550 olduğu deneyde % 86,8 olarak elde edilmiştir. Isı borularının evaporatör sıcaklığının ve ısıl dirençlerinin azaltılması konusunda da akışkan sıralaması iyiden kötüye doğru CuO+Fe/Saf Su, CuO/Saf Su ve saf su şeklinde olmuştur. Bu tez çalışmasında ayrıca sistem ANSYS Fluent 19 programında 2 boyutlu olarak modellenmiş ve sayısal bir çözüm de yapılmıştır. Sayısal analizde elde edilen ısıl verim değerleri deneysel sonuçlara göre daha küçük değerlerde olmuştur. İki analiz arasında %2 ile %13,1 arasında değişen değerlerde farklar oluşmuştur. Bu aralık literatürde yer alan kabul edilebilir aralıktadır.

Abstract:
Heat recovery studies have been among the topics frequently studied by researchers at all times. This issue has become even more interesting in these days when energy resources around the world are at the point of depletion. Considerable energy savings are achieved thanks to waste heat recovery units. In this thesis, an experimental research has been carried out on improving the performance of an air-to-air heat recovery unit containing heat pipes by using 2 different nano fluids. Thermal efficiency, thermal resistance and temperature distributions along the heat pipes are considered as performance indicators. One of the nano fluids used instead of pure water in heat pipes is a hybrid nano fluid prepared with CuO and Fe nanoparticles, and the other is a nano fluid prepared with only CuO nanoparticles. Results were compared according to the Re numbers occurred in the air ducts. Using of the CuO + Fe / Pure Water hybrid nano fluid has ensured higher efficiency and recovery rates compared to other fluids. The highest efficiency value was reached as 28.2% under the condition that CuO + Fe / Pure Water nano fluid was used, the cold channel Re number was 7000 and the hot channel Re number was 16600. The highest recovery rate was also obtained as 86.8% in the experiment using this fluid. In this condition, the cold and hot duct Re numbers were 12300 and 10550, respectively. In terms of reducing the evaporator temperature and thermal resistance of the heat pipes, CuO + Fe / Pure Water was the best again. CuO / Pure Water came after CuO + Fe / Pure Water. In this thesis, the system was modelled in 2 dimensions in ANSYS Fluent 19 program and a numerical solution was also obtained. Thermal efficiency values obtained in numerical analysis were lower than experimental results. There were differences between the two analyses with values varying between 2% and 13.1%. This range is in the acceptable range in the literature.