ÇİFT GEÇİŞLİ HAVA AKIŞKANLI GÜNEŞ TOPLACI KANAL YÜKSEKLİĞİNİN TERMOHİDROLİK VERİME ETKİSİNİN İNCELENMESİ.

Transkript

1 Isı Bilimi ve Tekniği Derisi, 34,, -, 04 J. of Terml Science n Tecnoloy 04 TIBTD Printe in Turkey ISSN ÇİFT GEÇİŞLİ HAVA AKIŞKANLI GÜNEŞ TOPLACI KANAL YÜKSEKLİĞİNİN TERMOHİDROLİK VERİME ETKİSİNİN İNCELENMESİ Cin YILDIRIM * ve İsmil SOLMUŞ ** * Akeniz Üniversitesi Müenislik Fkültesi Mkine Müenisliği Bölümü, 07058, Antly ycin@keniz.eu.tr ** Attürk Üniversitesi Müenislik Fkültesi Mkin Müenisliği Bölümü, 540, Erzurum solmus@tuni.eu.tr (Geliş Trii: Kbul Trii: Özet : Bu çlışm, üneş enerjisi ile çlışn çift cmlı çift eçişli v kışknlı tolcın syısl nlizi yılmıştır. Zmn bğlı enerji ene enklemleri 4. ereceen Rune-Kutt yöntemi ile intere eilerek tolcın çıkış sıcklığı, tolcın ısıl verimi ve tolcın termoirolik verimi frklı knl yükseklikleri ( D ~ 7 cm ve frklı v ebileri ( m 0.0 ~ 0. k/s için eslnmıştır. Yıln rmetrik nlizler neticesine rtn v ebisi ile birlikte tolcın ısıl veriminin rttığı, v çıkış sıcklığının ise zlığı özlemlenmiştir. Hv knlının yüksekliğinin cm en 7 cm ye çıkrılmsı ile tolcın ünlük ortlm ısıl veriminin % 5 ile % 9 ornın zlığı özlemlenmiştir. Ele eilen sonuçlr öre çift eçişli tolç için termoirolik verimin mksimum ( TH oluğu otimum knl yüksekliği 4 cm olrk tesit eilmiştir. Antr Kelimeler: Güneş enerjisi, Çift eçişli v kışknlı üneş tolcı, Termoirolik verim. INVESTIGATON OF DOUBLE PASS SOLAR AIR COLLECTOR CHANNEL DEPTH ON THERMOHYDRAULIC EFFICIENCY Abstrct : In tis stuy, ouble lss n ouble ss ir eter owere by solr enery s been stuie numericlly. Time-eenent enery blnce eutions were interte by fourt orer Rune-Kutt meto. Te temerture of ir t outlet, terml efficiency n termoyrulic efficiency of te eter were clculte for vrious cnnel ets ( D ~ 7 cm n ir mss flow rtes ( m 0.0 ~ 0. k/s. As result of simultions, it ws foun tt te eter terml efficiency increses n temerture of ir t outlet ecreses wit incresin ir mss flow rte. It ws lso observe tt te ily vere terml efficiency of te eter ecreses %5~9 wit n increse in te et of te ir uct from to 7 cm. Accorin to te results obtine, te otimum cnnel et of te ouble ss solr ir eter ws clculte 4 cm for te mximum termoyrulic efficiency ( TH Keywors: Solr enery, Double ss solr ir collecto Termoyrulic efficiency. SEMBOLLER A c Tolç lnı, m B Tolç eğim çısı D Tolç knl erinliği, m D Hirolik ç, m f Sürtünme fktörü Yerçekimi ivmesi c Tşınım ısı trnsfer ktsyısı, W/m o C r Işınım ısı trnsfer ktsyısı, W/m o C I Yutucu lk üzerine üşen tolm üneş ışınımı, W/m k Isıl iletkenlik ktsyısı, W/m.K L Tolç uzunluğu, m m Kütlesel ebi, k/s Nu P Pr c r R Re T t U l V w x Nusselt syısı Atmosferik bsınç, kp Prntl syısı Tşınım ile erçekleşen ısı trnsferi, W Işınım ile erçekleşen ısı trnsferi, W Rylei syısı Reynols syısı Sıcklık, o C Zmn, s Tolm ısı kyı ktsyısı, W/m o C Hız, m/s Tolç enişliği, m Cm örtüler rsı mesfe, m

2 Yunn rfleri: α Yutm ktsyısı τ Geçirenlik ktsyısı σ Stefn-Boltzmn sbiti, W/m.K 4 ε Yym ktsyısı β Isıl enişleme ktsyısı ρ Yoğunluk, k/m 3 Alt inisler: Hv _i Tolç irişi GİRİŞ Fosil ykıtlrın neen oluğu sorunlrın iyi nlşılmsı ile birlikte son yıllr yenilenebilir enerji kynklrın yönelik ili rtmıştır. Bu yenilenebilir enerji kynklrınn üneş enerjisinin frklı kullnımlrı üzerine çlışmlr yılmktır. Mevcut çlışmlr içerisine yoğunluğu üneş enerjisinin ısıl kullnımı oluşturmktır. Güneş enerjisinin ısıl sistemlere kullnımı için erekli oln tolçlr temele sıvılı (enellikle sulu ve v kışknlı olmk üzere ikiye yrılır. Isıl verimlerinin yüksek olmsı ve kullnım ereksinimlerinen ötürü sulu ti tolçlr çok kullnılır. Bununl berber ortm ısıtmsı, kurutm ibi işlemler için v kışknlı üneş tolçlrın ereksinim uyulmktır. Uyulm kullnıln v kışknlı tolçlrın ısıl verimlerinin üşük olmsı neeni ile bu tolçlrın verimlerini rtırmy yönelik çlışmlr yılmktır. Bu çlışmlr rsın öne çıknlr ise, tolç yüzeyi üzerine yıln eğişikliklerle ısı trnsfer ktsyısını rtırmy, tolç üzerine ısı eolmy ve ısı trnsfer yüzeyini rttırmy yönelik çlışmlrır. Isı trnsfer yüzeyini rttırmk için sıklıkl bşvuruln yöntemleren biri, iki vey fzl eçişli sistemlerin kullnımıır. Bu sistemlere v, ilk v knlınn eçirilerek ön ısıtmsı yılır. Arınn ön ısıtmsı yıln vnın, iğer v knllrınn eçirilerek yüksek sıcklıklr çıkmsı sğlnır. İşletme koşullrınki zorluk, mliyet ve boyutsl kısıtlr ibi neenleren olyı enellikle ısı trnsfer yüzeyini rttırmk için çift eçişli v kışknlı tolçlr yönelinmiştir. Cmoli v. (Cmoli v, 0 sunuklrı incelemee çift eçişli üneş enerjili v kışknlı tolçlrı ele lmışlrır. Yzrlr çift eçişli v kışknlı tolçlr üzerine yıln teorik ve eneysel çlışmlrı erlemişler ve ısıl verimi rttırmy yönelik üncel strtejileri ror etmişlerir. Yıln çlışml yutucu lk üzerine kntçık kullnmk, yutucu lk üzerine türbülns yrtck şekile konumlnırılmış eneller kullnmk, v knlın özenekli olu mlzemesi yerleştirmek, eri beslemeli sistem kullnmk ve çok eçişli sistemler kullnmk şekline özetlenebilir. _e _e b ök Birinci eçiş Birinci eçiş çıkışı İkinci eçiş Tolç çıkış Tbn lksı Dış ortm Birinci cm örtü İkinci cm örtü Gökyüzü Yutucu lk Tcin (Tcin, 009 frklı rştırmcılrın üneş enerjili v kışknlı tolçlrı üzerine ytıklrı teorik çlışmlrı erlemiş ve kullnıln mtemtiksel moelleri tnıtmıştır. Mtemtiksel moellerin önemli bir kısmın sistemin sürekli bir boyutlu çözümü ele lınır. Bununl berber çok z syı çlışm zmn bğlı çözüm yılmıştır. El-Sebii v. (El-Sebii v, 007 ytıklrı çlışm olu ytklı çift eçişli v kışknlı tolcın eneysel ve teorik incelemesini ymışlrır. Hv ebisi, olu ytk kütlesi ve özenekliliğin v sıcklığı ve termoirolik verim üzerine etkileri incelenmiştir. Yıln eslmlr sonucun olu mlzemesi olrk çkıl kullnılığı urum 0.05 k/s kütlesel ebili bir kış için en iyi sonuç ele eilmiştir. Sistemin yıllık ortlm çıkış sıcklığı ve termoirolik verimi olu ytk kullnılmsı urumun sırsıyl % 6.5 ve % 8.5 ornın rtmıştır. Rmn v. (Rmn v, 007 ytıklrı çlışm olu ytklı çift eçişli v kışknlı tolcın eneysel ve teorik incelemesini ymışlrır. Klker ve çkıl ibi özenekliliği frklı iki oğl mlzeme kullnrk ytıklrı rştırm, kütlesi yüksek fkt özenekliliği üşük mlzemelerin iyi sonuç veriklerini özlemlemişlerir. Bununl birlikte v ebisinin 0.05 k/s en fzl oluğu urum termoirolik verimin rtrmığı, ksine bsınç üşümünün rttığı ror eilmiştir. El-Sebii v. (El-Sebii v, 0 ytıklrı çlışm çift eçişli v kışknlı tolçlr üzlemsel ve V- oluklu yutucu yüzeylerin tolç ısıl ve termoirolik verimi üzerine oln etkilerini eneysel ve teorik olrk incelemişlerir. V-oluklu yüzeye, üzlemsel yüzeye öre termoirolik verimin % -4 rsın fzl oluğu özlemlenmiştir. Çlışmn ele eilen sonuçl mtemtiksel moelin üvenilirliğini test etmek üzere bu çlışm (El-Sebii v, 0 ile krşılştırılmıştır. Ymlı ve Solmuş ymış oluklrı teorik (Ymlı ve Solmuş, 007 ve eneysel (Ymlı ve Solmuş, 008 çlışmlr çift eçişli v kışknlı tolç kullnn nemleniricili-nemlıcılı mıtm sisteminin erformnsını incelemişlerir. Hezy (Hezy, 00 ymış oluğu çlışm v kışknlı tolçlr için

3 3 otimum knl erinlik/uzunluk ornını D / L.5x0 olrk tyin etmiştir. Bu orn rttıkç, v ebisinin rtmsı ile tolç veriminin üştüğünü ror etmiştir. Stcunntn ve Deonrine (Stcunntn ve Deonrine, 973 tek eçişli ve çift eçişli v kışknlı tolçlrı eneysel olrk incelemişlerir. Çift eçişli tolç için,.5 ve 3 inc eğerine iki frklı knl erinliğini incelemişlerir. Knl erinliğinin 3 inc olmsı line tolcın ısıl veriminin üştüğünü stmışlrır. Njomo ve Duenet (Njomo ve Duenet, 006 teorik olrk inceleikleri ört frklı tek eçişli v kışknlı tolç için ssslık nlizi ymışlrır. 3 ile 30 cm rsın frklı knl erinlikleri için ele ettikleri sonuçlr öre, knl erinliğinin zlmsı ile ısıl verim rtmıştır. Krim ve Hwler (Krim ve Hwle 04 tek eçişli ve çift eçişli olmk üzere, üzlemsel, V-knllı ve kntçıklı v kışknlı tolçlrı eneysel olrk incelemişlerir. V-knllı tolçın iğerlerinen, kntçıklı tolcın üzlemsel tolçn yüksek ısıl verime si oluğunu özlemlemişlerir. Akınr ve Koçyiğit (Akınr ve Koçyiğit, 00 v kışknlı tolçlr üzerine ytıklrı enerji ve ekserji nlizine, yutucu lk üzerine yerleştirikleri frklı enellerin tolç verimine etkisini incelemişlerir. Yutucu lk üzerine yerleştirilen üçen, yrk ve ikörten şekilli enellere si tolcın, üzlemsel yüzeyli tolc öre ısıl veriminin yüksek oluğu stnmıştır. Eneller rsın yrk şekilli enele si tolcın ısıl veriminin ise iğerlerinen yüksek oluğu özlemlenmiştir. Tolç tsrımı yrken ikkt eilmesi ereken en önemli usus, tolcın kullnım mcın öre tsrım ve işletme rmetrelerinin belirlenmesiir. Tolç ısıtm mcıyl kullnılcks erekli konfor şrtlrı çısınn çıkış sıcklığı sbit klck şekile v ebisinin yrlnmsı erekir. Tolç eğer ziri ürünlerin kurutmsın kullnılcks çıkış vsı sıcklığının ürünleri ykmyck seviyee olmsı erekliir. Dolyısıyl tolcın kullnım mcı tolcın tsrım ve işletme rmetrelerini oğrun etkilemekteir. Bu çlışm Antly ili iklim şrtlrı ltın çlışn, çift eçişli v kışknlı tolcın bir ünlük çlışm eriyou boyunc iriş-çıkış v sıcklık frklrı ve verimleri eslnmıştır. Litertüreki çlışmlrn (El- Sebii v, 0; Ymlı ve Solmuş, 007; Bulut ve Büyüklc, 008; Duffie ve Beckmn, 006; Tiwri, 00; Kılıç ve Öztürk, 983 fylnılrk eliştirilen mtemtiksel moel yrımıyl tolç çıkış sıcklığı ve tolç veriminin ün içerisineki eğişimi rştırılmış ve benzer iğer çlışmlrn (El-Sebii v, 0; Stcunntn ve Deonrine, 973; Njomo ve Duenet, 006; Krim ve Hwle 004; Akınr ve Koçyiğit, 00 fylnılrk sonuçlr yorumlnmıştır. Litertüreki teorik çlışmlrın çoğun, v kışknlı tolçlrın sbit çlışm koşullrı ltın, zmnn bğımsız çözümleri rştırılmıştır. Dolyısıyl bu çlışm kullnığımız zmn bğlı çözümün, tolcın ün içerisineki erformnsını ve üneş ışınımının ızl eğiştiği stlere tolcın eğişen üneş ışınımı eğerlerine veriği tekiyi incelemek bkımınn fylı olcğı üşünülmekteir. GÜNEŞ ENERJİLİ TOPLACIN TANIMI VE MATEMATİKSEL MODELİ Sistem Tnımı Teorik nlizi yıln çift eçişli v kışknlı tolcın şemtik österimi Şekil ile verilmiştir. Hv kışknlı tolçlr, tolcın üst kısmınn oluşn ısı kyılrı önemli miktrlr ulşbilmekteir. Bu kyılrı zltmk üzere, son zmnlr çift cmlı örtü kullnn tolçlr litertüre sıklıkl rstlnmktır (Cmoli v, 0; Tcin, 009. Yıln çlışm tşınım ile oln ısı kyılrını zltmk mcıyl tolcın üst knlının çift cmlı örtü ile ktılmış oluğu kbul eilmekteir. Çift cm rsınki v ktmnı ilve ylıtım sğlyrk tolç verimini rttırmktır. Şekil ile şemtik österimi verilen tolc it tsrım eğerleri Tblo e veriliği ibiir. Çift eçişli v kışknlı tolc v, üst knln irmekte ve bur bir miktr ön ısıtmy tbi tutulukn sonr lt knl eçerek bur yüksek sıcklıklr ısıtılmktır. Mtemtiksel Moel Sistemin teorik nlizi; tolç için, enerji korunumu essın öre türetilen enklemleren oluşturuln mtemtiksel moelin syısl çözümü şekline olmktır. Bu mtemtiksel moel belirlenen iklim verileri üzerinen frklı tsrım ve işletme rmetreleri için çözülerek tolcın verimi ve vnın ün içerisineki çıkış sıcklığı eslnmıştır. Birinci cm örtü İkinci cm örtü Üst knl Yutucu yüzey Alt knl Tolç tbnı İzolsyon mlzemesi Şekil. Çift eçişli v kışknlı tolcın şemtik österimi 3

4 Tblo. Çift eçişli tolç için seçilen tsrım kriterleri Tolç enişliği W m Tolç uzunluğu L m Tolç knl yüksekliği D 0.0 ~ m Cm örtüler rsı uzklık x 0.05 m Cm örtü klınlığı T m Tolç tbn klınlığı T m Yutucu lk klınlığı T m Tolç eğim çısı b o B 30 Tolcın enerji enesi Şekil ile österiliği ibi yzılmıştır. Tolcın mtemtiksel moelini oluşturmk ve eslmlrı kolylştırmk için yıln kbuller şğı veriliği ibiir: Sisteme v kçğı neeniyle oluşn kütle kybı yoktur. Tolc iren ve çıkn vnın kütlesel ebisi birbirine eşittir. Tolçki v sıcklığı kış boyunc oğrusl olrk eğişir. Bu syee tolç içerisine kn vnın ortlm sıcklığı, knl iren ve knln çıkn vnın sıcklığının ortlmsı lınrk eslnır. Tolç lminer (Re<300 y türbülnslı (Re>300 kış tm olrk elişmiştir. Güneş ışınımı, bğıl nem ve ış ortm sıcklığı belirlenen st ilimine sbit kbul eilmiştir. Heslmlr rüzr ızı sıfır kbul eilmiştir. r, _ ök I r, I c, _ c, I c, b _ r, _ b c, _ l, b r, _ Birinci cm örtü İkinci cm örtü m c T _ Yutucu yüzey m c T _ Tolç tbnı İzolsyon mlzemesi Şekil. Çift eçişli v kışknlı tolcın kesit örünüşü ve enerji enesi. Yıln kbuller litertüreki benzer çlışmlr sıklıkl bşvuruln kbullerir. Bu kbuller neticesine, sistemin fiziksel özelliklerinen çok fzl uzklşmn tolcı moellemek mümkün le elmekteir. Tolç yutucu yüzeyi trfınn bsorbe eilen fylı enerji, Eş. ( ile verilmiştir (Duffie ve Beckmn, 006. i e cos B I Ib Rb ( b I ( ( cos B ( Ib I ( Güneş enerjili tolcın er bir elemnı için sırsıyl enerji enesi şu şekile yzılır (Ymlı ve Solmuş, 007: İkinci cm örtü T m c _ I Ac t ( m c _ c m c T t A D c m c _ c m c ök Birinci cm örtü I A Birinci v knlı T _ t T ( T _ e _ i T t A D c _ Yutucu yüzey I A _ b İkinci v knlı T _ t T ( T _ e _ e c c _ b _ Tolç tbnı Tb m b c _ b _ b b _ (7 b _ t Tolcın nlık ısıl verimi, yutucu lk üzerine elen üneş ışınımını fylı enerjiye çevirme ornıır: Q m c T e T u T (8 I. Ac I Ac Gerekli oln fn ücünün fylı enerjien çıkrılmsı ile tolcın termoirolik verimi bulunur. Qu Pfn m c _ T _ e T Pfn TH (9 I. Ac I Ac Tolcın belirli bir zmn ilimi içerisineki ortlm ısıl ve termoirolik verimi ise sırsıyl: T _ ort t t A c Q u t t I (3 (4 (5 (6 (0 4

5 t ( Q P t ( TH _ ort u A c t t I fn eşitlikleri ile belirlenir. Isı Trnsferi Eşitlikleri ve Bsınç Kyılrı İkinci cm örtü üzerinen rüzr neeniyle oluşn ısı kybı, A T T ( _ c _ ( _ i ve ısı trnsfer ktsyısı (Duffie ve Beckmn, V _ r (3 şeklineir. Burki V r ifesi rüzr ızını östermekteir. Birinci cm örtü ile ikinci cm örtü rsın ışınım ile erçekleşen ısı trnsferi, A ( T T (4 c ve ısı trnsfer ktsyısı, T T T T (5 eşitliği ile eslnır. İkinci cm örtü üzerinen ış ortm ışınım ile oln ısı kybı ökyüzü sıcklığı T T 6 (Ymlı ve Solmuş, 007 olmk üzere, ök _ ök c _ ök ( ök A T T (6 ısı trnsfer ktsyısı, T T T T _ ök ök (7 şekline ife eilir. Birinci cm örtü ile ikinci cm örtü rsın tşınım ile erçekleşen ısı trnsferi, ök A ( T T (8 c ve ısı trnfer ktsyısı, k c Nu (9, x şekline yzılır. Eş.(9 yer ln Nusselt syısı (Duffie ve Beckmn, 006, Nu R CosB R CosB.6 Sin.8 B 708 R CosB 3 (0 ve Eş. (0 e yer ln Rylei syısı (Duffie ve Beckmn, 006, 3 T T x R ( şekline eslnır. Nemli vnın ısıl özellikleri (Tiwri, 00, 4 k T ( T ( T (4 ve nemli vnın yoğunluğu, W M mw P.6078W 73.5 T (5 R mutlk nem W (k su /k v, evrensel z sbiti R (=8.34 J/mol.K, tmosferik bsınç P (=0.35 kp ve vnın molr ğırlığı M (=8.9 k/kmol ile eslnır. mw Birinci cm örtü ile birinci v knlı rsın tşınım ile oln ısı trnsferi A ( T T (6 c ısı trnsfer ktsyısı, k c Nu (7, D ile ife eilir. Lminer ve türbülslı kış için Nusselt syılrı sırsıyl, Nu Re Pr D / L Re Pr D / L Pr f /8 Re f /8 Pr (8 Pr Nu _ (9.7 Reynols syısı, V D Re (30 5

6 ve sürtünme ktsyısı sırsıyl lminer ve türbülnslı kışt, f 6/ Re (3 0.79ln Re.64 f (3 olrk lınır. Yutucu yüzey ile cm örtü rsınki ışınım ile erçekleşen ısı trnsferi, A ( T T (33 _ c _ ısı trnsfer ktsyısı, _ T T T T (34 şekline eslnır. Yutucu yüzey ile cm örtü rsınki tşınım ile erçekleşen ısı trnsferi, A ( T T (35 _ c _ ve ısı trnsfer ktsyısı, (36 _ şeklineir. Yutucu yüzey ile ikinci v knlı rsın tşınım ile oln ısı trnsferi, A ( T T (37 _ c _ ve ısı trnsfer ktsyısı, (38 _ b _ şeklineir. Yutucu yüzey ile tolç tbnı rsın ışınım ile oln ısı trnsferi, A ( T T (39 _ b c _ b b ve ısı trnsfer ktsyısı, _ b T T T T b b (40 b ile eslnır. Yutucu yüzey ile tolç tbnı rsın tşınım ile oln ısı trnsferi A ( T T (4 b _ c b _ b ısı trnsfer ktsyısı Eş. (8, 9 ile çıklnığı üzere Nusselt syısı eslnmk suretiyle bulunur. Tolç tbnınn ış ortm erçekleşen ısı kybı A U T T (4 l, b _ c l b ve ısı kyı ktsyısı, o U 3W / m C olrk lınmktır. l Tolç içerisinen kn vnın neen oluğu bsınç kyılrını yenmek için erekli oln fn ücü, (El-Sebii v, 0; P /( (43 motor fn P f fn eşitliği ile eslnır. Bur fn it oln verim eğerleri sırsıyl 0. 7 ve 0. 9 olrk seçilmiştir. fn motor Bsınç kyılrını yenmek için erekli oln üç ise; P m P / (44 f olrk eslnır. Sisteme meyn elen bsınç kyılrı knllr içerisine kış sırsın oluşn kyıl iriş ve çıkışt kesit eğişimleri neeniyle oluşn kyılr ve birinci knln ikinci knl eçiş sırsın bulunn irsekte meyn elen kyılrın tolmıır: P P P P Pç P (45 Birinci ve ikinci eçişlere oluşn kyılr sırsıyl; V f L D P / (46 V f L D P / (47 Girişteki, çıkıştki ve irsekteki bsınç kybı; V P K / (48 _ e _ e P K V / (49 ç _ e _ e P K V / (50 olrk eslnır. Burki K ktsyısı iriş ve çıkış için 0.5, irsek için ise.8 lınmıştır (El-Sebii v, 0. Çözüm Yöntemi Yukrı çıklnn mtemtiksel moele uyun olrk simülsyon rormı eliştirilmiştir. Bu simülsyon rormı kullnılrk, işletme (v ebisi ve tsrım (knl erinliği rmetrelerinin tolç bileşenlerinin sıcklıklrın ve çıkış vsının sıcklığın etkisi incelenmiştir. Simülsyon rormının kış şemsı ekte österilmiştir. Heslmlr Antly iline it meteorolojik veriler üzerinen yılmıştır. Meteoroloji Genel Müürlüğü veritbnınn lınn triine it, sıcklık ve nem eğerleri kullnılmıştır. Aynı veri tbnınn lınn, yty üzleme üşen tolm üneş ışınımı eğerlerinin eksik olmsı neeniyle litertüre (Bulut ve Büyüklc, 6

7 T ( o C I (W/m 007; Duffie ve Beckmn, 006, Kılıç ve Öztürk, 983 bulunn yöntemlerle yty üzleme ve eğik üzleme üşen tolm üneş ışınımı eğerleri ynı ün için eslnmıştır. 30 T I 600 Mtemtiksel moele yer ln zmn bğlı ifernsiyel enklemler örüncü ereceen Rune-Kutt metou kullnılrk intere eilmiştir. Zmn ımı için yıln testler neticesine 0. sniyelik zmn rttırımlrının sistemi çözmek için uyun oluğun krr verilmiştir. Bşlnıç koşulu olrk T, T, T ve T eğerleri ortm sıcklığın eşit lınmıştır. Güneşin ilk ışınlrının üşmesi ile birlikte yutucu yüzeyin sıcklığının ızl rtcğı ve yutucu yüzeyen yyıln ışınım ile üneş tolcı tbnının ısıncğı üşünülerek T, T b eğerleri ortm sıcklığınn 0 ve 5 0 C yüksek lınmıştır. BULGULAR VE TARTIŞMA Bşlnıç koşulu olrk kbul eilen sıcklık eğerleri kullnılrk ısı trnsfer ktsyılrı eslnmış ve ifernsiyel enklemler çözülerek yeni sıcklık eğerleri ve bu sıcklık eğerlerine it yeni ısı trnsfer ktsyılrı eslnmıştır. Her zmn ımı için sistemi oluşturn bileşenlerin enerji enesi ikkte lınrk tolçn çıkn vnın sıcklığı ile tolcın nlık ısıl ve termoirolik verimi eslnmıştır. Isıl ve termoirolik verim eğerlerinin stlik ve ünlük ortlm eğerleri eslnrk litertüreki iğer çlışmlr ele eilen bululrl krşılştırılmıştır. Hv kışknlı tolç, referns lınn meteorolojik veriler öz önüne bulunurulrk frklı işletme koşullrı (v ebisi ve frklı tsrım koşullrın (knl yüksekliği öre incelenmiştir. Hv ebisi 0.0 ile 0. k/s rsın, knl yüksekliği ise ile 7 cm rsın eğiştirilerek simülsyonlr yılmıştır. Şekil 3 ile referns lınn üne ( it ış ortm sıcklığı ile 30 o eğik üzleme elen tolm üneş ışınımı eğerleri verilmiştir. Kullnıln mlzeme, eney roseürü, iklim koşullrı, eslm yöntemi ibi etkenlerin frklı olmsınn ötürü ele eilen sonuçlr litertüreki bşk çlışmlrl tm olrk krşılştırılmmktır. Bununl berber eslnn eğerle incelenen sisteme en çok benzeyen El-Sebii v. (El-Sebii v, 0 ile krşılştırılmıştır. Ele eilen sonuçlrın üvenilirliğini kontrol etmek üzere eslnn ısıl verim eğerleri, Şekil 4 ile österiliği üzere, El-Sebii v. (El-Sebii v, 0 trfınn belirtilen eğerler ile uyum içerisineir. Şekil 4 e m 0.0 k/s ile m k/s eğerleri rsın eğri üzerine oluşn kesinti lminer kıştn türbülnslı kış eçiş neeniyle oluşmktır. Lminer ve türbülnslı kış it ısı trnsferi eşitlikleri frklı oluğunn ısıl verim eğrisi üzerine bu nokt süreksizlikler özlemlenmekteir. Bu usus teorik çlışmlr sıklıkl krşılşıln ezvntjlrın bşın elmekteir Zmn (st o Şekil 3. Heslmnın yılığı üne it eğik üzlem ( B 30 üzerine üşen tolm üneş ışınımının ve ış ortm sıcklığının zmn öre eğişimi. T El-Sebii v. (0 Heslnn Hv ebisi (k/s Şekil 4. Heslnn ısıl verimin litertüreki bir çlışm ile krşılştırmsı (El-Sebii v, 0. Şekil 5 e frklı knl yükseklikleri ve v ebileri için ünlük ortlm ısıl verim eğerleri verilmiştir. Bütün knl yükseklikleri için v ebisinin rtmsı ile berber tolcın ısıl verimi e rtmıştır. Bununl berber knl yüksekliğinin rtmsı ısıl verimi olumsuz yöne etkilemiştir. Knl yüksekliğinin cm en 7 cm ye çıkrılmsı ile tolcın ünlük ortlm ısıl veriminin % 5 ile % 9 ornın zlığı özlemlenmiştir. Yüksek knl erinlikleri için, lminer kıştn türbülnslı kış eçiş, ısıl verim eğrileri üzerine bulunn A bölesineki süreksizlikleren özlemlenmekteir. Bununl berber üşük knl erinliklerine kış tmmiyle türbülnslı erçekleşmekteir. Stcunntn ve Deonrine (Stcunntn ve Deonrine, 973 iki frklı knl erinliğine si (.5 ve 3 inc çift eçişli tolç ile ytıklrı eneylere, küçük knl erinliğine si tolcın ısıl veriminin ünün stlerine bğlı olrk yklşık % 3~0 fzl oluğunu özlemlemiştir. Njomo ve Duenet (Njomo ve Duenet, 006 inceleikleri ört frklı v kışknlı tolç knl yüksekliğinin rtmsı ile ısıl verimin üştüğünü tesit etmişlerir. Bu urumun sebebi, sbit kütlesel ebie,

8 P fn (W.st knl erinliğinin zlmsı ile kışkn ızının rtmsı ve olyısıyl ısı trnsfer ktsyısının rtmsıır. Bununl berber v ebisinin m k/s en fzl rttırmk ısıl verime önemli bir rtış sğlmmktır. Krim ve Hwler (Krim ve Hwle 004 ymış oluklrı çlışm çift eçişli tolç için ısıl verimin, v ebisinin k/s eğerinen sonr çok fzl rtmığını östermişlerir enerjien z olmkt ve termoirolik verim sıfır olmktır. Şekil 7 ile frklı knl erinlikleri için rcnn enerji miktrlrı, v ebisinin fonksiyonu olrk österilmiştir. Knl erinliğinin zlmsı ile rcnn enerji loritmik olrk rtmktır T D= cm D= cm 0.5 D= 3 cm A D= 4 cm D= 5 cm 0.45 D= 6 cm D= 7 cm Hv ebisi (k/s Şekil 5. Frklı knl yükseklikleri ve v ebileri için ünlük ortlm ısıl verim. Isıl verim er ne kr knl erinliği zlıkç ve v ebisi rttıkç rts bu iki rmetre, tolç bsınç kyılrını rttırrk termoirolik verimi üşürmekteir. Şekil 6 ile örülüğü üzere termoirolik verim v ebisinin rtmsı ile berber önce rtmkt belli bir nokt mksimum eğerine ulşmkt fkt sonr zlmktır. Bunun neeni termoirolik verimin ısıl verim ve fn ücünün bir fonksiyonu olmsıır D= cm D= cm 0 - D= 3 cm D= 4 cm 0 - D= 5 cm D= 6 cm D= 7 cm Hv ebisi (k/s Şekil 7. Frklı knl yükseklikleri ve v ebileri için erekli oln ünlük tolm enerji miktrı. Tolcın kullnım yeri ve mcınn bğımsız üşünülüğüne, en uyun tsrım ve işletme şrtı termoirolik verimin mksimum oluğu koşulur. Tblo e frklı knl erinliklerine, ünlük ortlm termoirolik verimin mksimum olmsı line erekecek v ebisi ve ele eilecek ünlük ortlm ısıl verim eğerleri österilmiştir. Termoirolik verim en yüksek eğerine D 4 cm için m 0. k/s ebi eğerine ulşrk TH olmktır. Bununl berber D cm knl erinliği ricineki iğer erinliklerin termoirolik verim eğerleri birbirlerine çok ykınır. Şekil 8 ile D 4 cm için m 0. k/s ebi eğerine it ısıl ve termoirolik verimin zmnl eğişimi verilmiştir. Tolç tsrımı yılırken ikkt TH D= cm D= cm 0. D= 3 cm D= 4 cm 0. D= 5 cm D= 6 cm D= 7 cm Hv ebisi (k/s Şekil 6. Frklı knl yükseklikleri ve v ebileri için ünlük ortlm termoirolik verim TH T Knl erinliğinin zlmsı ise yine bsınç kyılrını rttırrk termoirolik verimi üşürmekteir. Özellikle knl erinliğinin çok küçük oluğu urumlr v ebisinin çok fzl rttırılmsı neticesine tolçn lınn enerji, bsınç kyılrını yenmek için rcnn Zmn (st Şekil 8. Mksimum termoirolik verimi sğlyn tsrım ( D 4 cm ve işletme ( m 0. k/s koşulu için ısıl ve termoirolik verimin zmn öre eğişimi.

9 eilecek bir iğer önemli konu tolcın çıkış sıcklığıır. Şekil 9 ile frklı knl erinlikleri için termoirolik verimin mksimum oluğu koşul tolç irişi ile çıkışı rsın ele eilen sıcklık frklrının zmn öre eğişimi österilmekteir. Tolcın çıkış sıcklığı, v ebisinin rtmsı ile zlcğı için en fzl sıcklık frkı v ebisinin en üşük oluğu knl erinliğine erçekleşmekteir. Bu urum Şekil 0 ve Tblo 3 ile çık örülmekteir. Hv ebisi m 0. 0 k/s seçiliği urum knl içerisine kn vnın ve tolç elemnlrının sıcklıklrı rtmkt ve bu sıcklık eğerlerinin yüksek olmsı neeniyle ısı kyılrı rtrk ısıl verim üşmekteir. Hv ebisinin m 0. k/s oluğu urum ise tolç tolnn ısı ızl uzklştırılmkt ve bunun neticesine knl içerisineki vnın sıcklığı ve tolç elemnlrının sıcklıklrı üşük olmktır. Bu syee ısı kyılrı zlrk ısıl verim rtmktır. Tblo 3 ile, yutucu lk sıcklığının v ebisinin rtmsı ile zlığı bununl berber ısı trnsfer ktsyısının rttığı özlemlenmekteir. Tblo. Frklı knl erinlikleri için mksimum termoirolik verim ve mksimum termoirolik verime krşılık elen v ebisi, fn ücü ve ısıl verim eğerleri. P D m (k/s fn (cm (W.st T TH Şekil 0 ile özlemlenen bir iğer olu, üşük v ebisinin inceleniği urum, ünün ilk stlerine ısıl verim eğerleri ün ortlmsının ltın çıkmsın rğmen ün btımın oğru ısıl verim eğerleri ızlı bir rtış östermekteir. Gün oğumun üneş enerjisinin önemli bir bölümü tolç elemnlrı trfınn soğurulur ve tolç elemnlrının sıcklıklrı yükselir. Gün btımın ise tm tersi bir şekile, tolç elemnlrı üzerine biriken ısı, vyı bir miktr ısıtmy evm eer. Tolç çıkış sıcklığının sb stlerine yvş rtmsı kşm stlerine e yvş zlmsı neticesine bu urum meyn elir. T ( o C D= cm D= cm D= 3 cm D= 4 cm D= 5 cm D= 6 cm D= 7 cm Zmn (st Şekil 9. Mksimum termoirolik verim eğerleri için sıcklık frkının zmn öre eğişimi. Tblo 3. m 0. 0 k/s (lminer ve m 0. k/s (türbülnslı kış it yutucu lk sıcklıklrı ile tşınım ısı trnsfer ktsyılrının ün içerisine eğişimi ( D 4cm. m 0.0(k/s m 0. (k/s T T Zmn ( o C (W/m o C (W/m o C (o C (W/m o C (W/m o C

10 Litertüreki eneysel çlışmlrın çoğun eneylerin eç bşltılı erken bitirilmesi y üneş ışınımı eğerlerinin çok fzl eğişmeiği öğle stlerine yılmsı neeniyle bu urum özlemlenemez. Litertüeki teorik çlışmlr ise zmnn bğımsız çözümün sıklıkl kullnılmsı neeniyle bu urum sonuçlr ynsımmktır. Bununl berber Akınr ve Koçyiğit in (Akınr ve Koçyiğit, 00 ymış oluklrı çlışm ısıl verimin ün btımın oğru rttığı özlemlenmiştir. Yüksek v ebilerine tolç soğuruln ısının uzklştırılmsı ızlı erçekleştiği için tolç üneş ışınımınki eğişimlere ızlı cev vermekteir. T 0.5 T (0. k/s T (0.0 k/s T (0.0 k/s T (0. k/s Zmn (st Şekil 0. m 0. 0 k/s (lminer ve m 0. k/s (türbülnslı kış it tolç iriş-çıkış sıcklık frkı ile ısıl verimin ün içerisineki eğişimi ( D 4cm. SONUÇ VE ÖNERİLER Bu çlışm çift cmlı çift eçişli v kışknlı tolc it ısıl ve termoirolik verim eğerleri incelenerek en uyun knl erinliği ve v ebisi belirlenmeye çlışılmıştır. Vrıln sonuçlrın tolç tsrımın fylı olcğı üşünülmekteir. Ele eilen sonuçlr öre, knl erinliğinin zlmsı ile ısıl verimin rttığı fkt sistemeki bsınç kyılrının rtmsı neticesine termoirolik verimin üştüğü özlemlenmiştir. Yıln eslmlr sonucun termoirolik verimin mksimum oluğu knl erinliği D 4 cm ve v ebisi m 0. k/s olrk belirlenmiştir. Bununl berber yüksek v ebilerine çıkış sıcklığı üşük olmktır. Güneş tolcı ısıtm mcıyl kullnılcks üşük v ebilerine yüksek çıkış sıcklıklrı terci eilebilir. Bu urum Şekil 6 ile verilen termoirolik verim eğerleri özetilerek uyun knl yükseklikleri ve v ebisi eğerleri belirlenebilir. Hv ebisinin m k/s eğerinen fzl rttırmnın ısıl verimi çok fzl rttırmığı T ( o C özlemlenmiştir. Bu usus öz önüne bulunurulrk tsrım süreçleri kolylştırılbilir. Düşük v ebisi eğerleri için, tolç ısıl veriminin ün oğumun, üneş ışınımının ızl rtmsın rğmen çok yvş rttığı ve ün btımın üneş ışınımının ızl zlmsın rğmen bir miktr rtmy evm ettiği özlemlenmekteir. Bunun sebebi tolç elemnlrı sıcklıklrı eğişiminin yvş olmsıır. Yüksek v ebisi eğerlerine ise tolcın üneş ışınımınki eğişimlere veriği cev ızlıır. Bu çlışm yıln eslmlr iki frklı rmetre (knl yüksekliği ve v ebisi için yılmıştır. Bununl berber tolç erformnsını etkileyen bşk rmetreler e bulunmktır. Bunlrın bşlıclrı üneş ışınımı, rüzr ızı, tolç yüzey lnı, tolç eğim çısı ve yutucu lk özellikleriir. Çlışmnın bu rmetreleri e ksyck şekile enişletilmesi tolç tsrımı çısınn fzl bili suncktır. Bununl berber tüm bu rmetrelerin etkisini biren eğerlenirmek için özel metolr erektiren otimizsyon çlışmsı erekmekteir. Gelecekte çlışm bu yöne zeninleştirilebilir. KAYNAKLAR Akınr E. K., Koçyiğit F., Enery n exery nlysis of new flt-lte solr ir eter vin ifferent obstcles on bsorber ltes, Alie Enery, 87, , (00. Bulut H., Büyüklc O., Simle moel for te enertion of ily lobl solr-rition t in Turkey, Alie Enery, 84, , (007. Cmoli S., Cun R., Tkur N.S., Sini J.S., A review of te erformnce of ouble ss solr ir ete Renewble n Sustinble Enery Reviews, 6, 48-49, (0. Duffie J. A., Beckmn W. A., Solr enineerin of terml rocess, Wiley, (006. El-Sebii A.A., Aboul-Enein S., Rmn M.R.I., El- Bily E., Yer roun erformnce of ouble ss solr ir eter wit cke be, Enery Conversion n Mnement, 48, , (007. El-Sebii A.A., Aboul-Enein S., Rmn M.R.I., Slby S.M., Morrm B.M., Investition of terml erformnce of ouble-ss flt n v-corrute lte solr ir eters, Enery, 36, , (0. Hezy A. A., Performnce of flt-lte solr ir eters wit otimum cnnel eometry for constnt/vrible 0

11 flow oertion, Enery Conversion n Mnement, 44(4, , (000. Krim M. A., Hwler M. N. A., Develoment of solr ir collectors for ryin lictions, Enery Conversion n Mnement, 45, , (004. Kılıç A., Öztürk A., Güneş Enerjisi, Kiş Dğıtımcılık, (983. Njomo D., Duenet M., Sensitivity nlysis of terml erformnces of flt lte solr ir eters, Het Mss Trnsfe 4, , (006. Rmn M.R.I., El-Sebii A.A., Aboul-Enein S., El- Bily E., Terml erformnce of cke be oubless solr ir ete Enery, 3, , (007. Tcin R., A review of te mtemticl moels for reictin solr ir eter systems, Renewble n Sustinble Enery Reviews, 3, , (009. Tiwri G. N., Solr Enery Fumentls, Desin, Moellin n Alictions, Nros Publisin House, (00. Ymlı C., Solmuş İ., Teoreticl investition of umiifiction eumiifiction eslintion system confiure by ouble-ss flt lte solr ir ete Deslintion, 05, 63-77, (007. Ymlı C., Solmuş İ., A solr eslintion system usin umiifiction eumiifiction rocess: exerimentl stuy n comrison wit te teoreticl results, Deslintion, 0, , (008. Stcunntn S., Deonrine S., A two-ss solr ir ete Solr Enery, 5, 4-49, (973. EK Bşlnıç Veri irişi Güneş ışınımı eslm Bşlnıç koşullrı Isı trnsfer ktsyısı eslm Fn ücü eslm Verim eslm Yeni sıcklık eğerleri eslm (RK4 ile Verileri kyetme t = tmx Hyır t=t + t Evet Bitir Şekil. Hzırlnn simülsyon rormının kış semsı.

12 Cin YILDIRIM 98 Ankr oğumluur. 00 yılın Eskişeir Osmnzi Üniversitesi Mkine Müenisliği Bölümünü bitirikten sonr ynı yıl Ort Doğu Teknik Üniversitesi Müenislik Bilimleri Bölümüne rştırm örevlisi olrk bütünleşik oktor rormın bşlmıştır. 0 yılın oktorsını tmmlmıştır. Hlen Akeniz Üniversitesi Mkine Müenisliği Bölümü Enerji nbilim lın Arştırm Görevlisi Doktor olrk çlışmktır. Bşlıc çlışm lnlrı; Doğl konveksiyon, Güneş enerjisi ve uyulmlrı, Tuzsuzlştırm ve mıtm sistemleri, Asorsiyonlu soğutm ve Enerji çevrim sistemleriir. İsmil SOLMUŞ 980 Erzincn oğumluur. 00 yılın Dumluınr Üniversitesi Müenislik Fkültesi Mkine Müenisliği Bölümünen Lisns erecesi ile mezun olmuştur. 006 yılın ODTÜ Müenislik Fkültesi Mkin Müenisliği Bölümünen Yüksek Lisns, 0 yılın yine ynı Üniversiteen Doktor erecesi lmıştır yıllrı rsın bir yıl süreyle İniltere e Bt Üniversitesine Doktor tez konusu ile ilili çlışmlr bulunmuştur. 0 yılı Arlık yınn beri Attürk Üniversitesi Müenislik Fkültesi Mkin Müenisliği Bölümü Enerji Anbilim Dlın Yr.Doç.Dr. olrk örev ymktır. Asorsiyonlu soğutm, üneş enerjisi estekli temiz su elesi, mikro ısı borulrı, özenekli mlzemee ısı ve kütle trnsferi konulrın çlışmktır.