Bir Enerji Depolama Tankının Farklı Konumlarının Erime Ve Katılaşma Sürecine Etkisinin Sayısal Olarak İncelenmesi

Benzer belgeler
TÜBiTAK-BİDEB Kimya Lisans Öğrencileri ( Kimyagerlik, Kimya Öğretmenliği ve Kimya Mühendisliği ) Araştırma Projesi Çalıştayı Kimya-2, Çalıştay-2011

FAZ DEĞİŞİM MALZEMELİ KAVİTENİN SAYISAL MODELLENMESİ. Alpay ÖZSÜER Veysel Erdem ZÖRER

Derin Çekme İşlemi Üzerine Kalıp Geometrisinin Etkisinin Sonlu Elemanlar Analizi

BİR SOĞUK DEPOLAMA TANKI İÇERİSİNDEKİ SİLİNDİR POZİSYONLARININ BUZ OLUŞUMUNA ETKİSİNİN SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Termal Enerji Depolama Nedir

Dış Ortam Sıcaklığının Değişimine Bağlı Olarak Isı Köprülerindeki Isı Transferinin Sayısal Olarak İncelenmesi

Abs tract: Key Words: Meral ÖZEL Nesrin İLGİN

ÖZGEÇMİŞ. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Osmaniye/Türkiye Telefon : /3688 Faks :

KLİMA SANTRALLERİNDEKİ BOŞ HÜCRELER İÇİN TASARLANAN BİR ANEMOSTAT TİP DİFÜZÖRÜN AKIŞ ANALİZİ

Yrd. Doç. Dr. Tolga DEMİRCAN. Akışkanlar dinamiğinde deneysel yöntemler

Radyatör Arkalarına Yerleştirilen Yansıtıcı Yüzeylerin Radyatör Etkisi

FAZ DEĞİŞTİREN MADDE (FDM)-İLAVELİ ISI ALICILILARLA ELEKTRONİK EKİPMANLARIN SOĞUTULMASI: KONUM ETKİSİ

DOKUMA BAZALT-CAM VE FINDIK KABUĞU TAKVİYELİ POLİMER KOMPOZİTLERİNİN EĞİLME DAYANIMI VE ISI GEÇİRGENLİKLERİNİN İNCELENMESİ

ÖZGEÇMİŞ. Yardımcı Doçent Makine Mühendisliği Çukurova Üniversitesi Doçent Makine Mühendisliği Çukurova Üniversitesi

Ç.Ü Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Yıl:2012 Cilt:27-2

ISI TRANSFERİ. Doğal Taşınım

FARKLI TİPTE MODELLENMİŞ GÜNEŞ DUVARLARININ ISIL PERFORMANSININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

UZAYSAL VE DOLU GÖVDELİ AŞIKLARIN ÇELİK ÇATI AĞIRLIĞINA ETKİSİNİN İNCELENMESİ

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

KONUTLARDA VE SANAYİDE ISI YALITIMI İLE ENERJİ TASARRUFU - SU YALITIMI EĞİTİMİ VE GAP ÇALIŞTAYI

ÖZGEÇMİŞ. Derece Alan Üniversite Yıl. Teknik Eğitim Fakültesi, Makina Eğitimi. Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Eğitimi A.B.

YAPI TEKNOLOJİSİNDE YENİLENEBİLİR ENERJİ VE ALTERNATİF SİSTEMLER

Abs tract: Key Words: Meral ÖZEL Serhat ŞENGÜR

Isıtma tesisatında yıllık yakıt miktarı hesaplanarak, yakıt deposu tesisin en az 20 günlük yakıt gereksinimini karşılayacak büyüklükte olmalıdır.

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 4

SODYUM ASETAT TRİHİDRATLI GÜNEŞ ENERJİLİ ISITMA SİSTEMİNİN PERFORMANS ANALİZİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ/MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ EĞİTİM PLANI Saat/Hafta

YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ UYGULAMALI MÜHENDİSLİK MODELLEMESİ

Abs tract: Key Words: Zafer UTLU Devrim AYDIN Olcay KINCAY

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ MÜFREDATI

ISI YALITIMINDA FAZ DEĞİŞTİREN MALZEME KULLANIMI

ISSN: Yıl /Year: 2017 Cilt(Sayı)/Vol.(Issue): 1(Özel) Sayfa/Page: Araştırma Makalesi Research Article. Özet.

Faz Değiştirme ile Isı Depolamada Kullanılan Parafin-Grafit, Parafin- Kanatçık ve Saf Parafinli Yapıların Performans Analizi

Yığma yapı elemanları ve bu elemanlardan temel taşıyıcı olan yığma duvarlar ve malzeme karakteristiklerinin araştırılması

Hacettepe Ankara Sanayi Odası 1.OSB Meslek Yüksekokulu

KARARLI HAL ISI İLETİMİ. Dr. Hülya ÇAKMAK Gıda Mühendisliği Bölümü

Mekân İçerisindeki Radyatörlerin Etrafındaki Engellere Göre Isıl Veriminin İncelenmesi

AKM 205 BÖLÜM 3 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ. Doç.Dr. Ali Can Takinacı Ar.Gör. Yük. Müh. Murat Özbulut

Tabandan Isıtılan Kapalı bir Hacim İçerisine Yerleştirilen Açılı Plakanın Doğal Taşınım ısı Transferine Etkisi

Katlar Arası Farklı İç Ortam Sıcaklığına Bağlı Olarak Isı Köprülerindeki Isı Transferinin Sayısal Olarak İncelenmesi

Hakkında Prof. Dr. Ertan Buyruk

ENERJİ DEPOLAMA. Özgür Deniz KOÇ

RADYATÖR ARKALARINA YERLEŞTİRİLEN YANSITICI YÜZEYLERİN RADYATÖR ETKİNLİĞİNE ETKİSİ

BİR GİZLİ ISIL ENERJİ DEPOLAMA TANKININ AKIŞ MODÜLÜNÜN 2 BOYUTLU SAYISAL İNCELENMESİ

YATAY VE DİKEY OLARAK KONUMLANDIRILMIŞ KRANK-BİYEL MEKANİZMASININ BİLGİSAYAR DESTEKLİ ANALİZİ

Bir katı malzeme ısıtıldığında, sıcaklığının artması, malzemenin bir miktar ısı enerjisini absorbe ettiğini gösterir. Isı kapasitesi, bir malzemenin

YILDIZ ENERJİ EVİ. Yıldız Enerji Evi

JEOTERMAL BÖLGE ISITMA SİSTEMLERİNDE SICAKLIK KONTROLUNUN DÖNÜŞ SICAKLIĞINA ETKİSİ

SERPANTİN ÜZERİNDE BUZLU GİZLİ ENERJİ DEPOLAMA SİSTEMİNİN DENEYSEL VE SAYISAL İNCELENMESİ

AKM 205 BÖLÜM 8 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ

Uzay Çatı Sistemlerinin ANSYS Paket Programı Kullanılarak Statik Analizi

Makale. ile ihtiyacın eşitlendiği kapasite modülasyon yöntemleri ile ilgili çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir

Çukurova Üniversitesi Çevre Sorunları Araştırma ve Uygulama Merkezi (ÇESAM) yılı Faaliyet Raporu

YEŞİL BİNA UYGULAMALARINDA GİZLİ ISI DEPOLAMA SİSTEMLERİNİN KULLANILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI

Vakum Tüplü Kollektörlerin Güneş Havuzu Performansı Üzerine Etkisi.

Abs tract: Key Words: Bilsay PASTAKKAYA Kürşat ÜNLÜ Recep YAMANKARADENİZ ÖZET

ST 37 ÇELİĞİNİN ANSYS PROGRAMINDA BASINCA BAĞLI OLARAK MEKANİK GERİLMELERİN İNCELENMESİ

GÜNEŞ ENERJİLİ TABİİ SİRKÜLASYONLU ENDİREKT SICAK SU HAZIRLAMA SİSTEMLERİNDE KANATÇIK KULLANMANIN ISIL ANALİZİ

YARI-KÜRESEL ENGEL KONULAN BİR KANAL İÇERİSİNDE ISI GEÇİŞİ VE AKIŞIN SAYISAL İNCELENMESİ

ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

Key words: Double-glazed windows, triple-glazed windows, optimum air-layer thickness

formülü verilmektedir. Bu formüldeki sembollerin anlamları şöyledir: için aşağıdaki değerler verilmektedir.

DUBLEKS EV GEOMETRİSİNE SAHİP KAPALI ORTAMLARDA FARKLI ISITMA YÖNTEMLERİNİN DOĞAL TAŞINIMLA ISI TRANSFERİ ÜZERİNE ETKİLERİNİN SAYISAL ANALİZİ

Havalı Güneş Kolektörlerinde Farklı Bağlantı Şekillerinin Isıl Performansa Etkisinin Deneysel Analizi

Türkiye nin Dört Derece Gün Bölgesinde Borular İçin Optimum Yalıtım Kalınlığı

Döküm Prensipleri. Yard.Doç.Dr. Derya Dışpınar. İstanbul Üniversitesi

ÖĞRETİM YILI BİTİRME PROJESİ SUNUMU TERMOELEKTRİK ELEMANLARIN SAYISAL VE DENEYSEL ANALİZİ

Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi/ Journal of The Institute of Natural & Applied Sciences 17 (1):6-12, 2012

Oturum Başkanı: Zühtü FERAH

Abs tract: Key Words: Elif ŞAHİN Erkan DİKMEN Arzu ŞENCAN ŞAHİN

HAVA SOĞUTMALI BİR SOĞUTMA GURUBUNDA SOĞUTMA KAPASİTESİ VE ETKİNLİĞİNİN DIŞ SICAKLIKLARLA DEĞİŞİMİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ/MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ EĞİTİM PLANI Saat/Hafta

TOP NAMLU AĞIZ BASKISI TASARIMININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ İLE İNCELENMESİ

TEK BORULU SOĞU DEPOLAMA SİSTEMİNİN DENEYSEL VE SAYISAL İNCELENMESİ EXPERIMENTAL AND NUMERICAL INVESTIGATION OF AN ICE-ON-COIL COOL STORAGE SYSTEM

R1234YF SOĞUTUCU AKIŞKANININ FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ İÇİN BASİT EŞİTLİKLER ÖZET ABSTRACT

T.C. NİĞDE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ DERS LİSTESİ

GÜNEŞ ENERJİLİ SİSTEMLERDE KULLANILAN DEPOLARIN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ İLE İNCELENMESİ

MOTORLAR-5 HAFTA GERÇEK MOTOR ÇEVRİMİ

Dr. Murat Çakan. İTÜ Makina Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü BUSİAD Enerji Uzmanlık Grubu 17 Nisan 2018, BURSA

ISI DEĞĠġTĠRGEÇLERĠ DENEYĠ

HAVA ARAÇLARINDAKİ ELEKTRONİK EKİPMANLARIN SOĞUTULMASINDA KULLANILAN SOĞUTMA SIVILARININ PERFORMANSA BAĞLI SEÇİM KRİTERLERİ

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

GEMĐLERDE KULLANILAN VAKUM EVAPORATÖRLERĐNDE OPTĐMUM ISI TRANSFER ALANININ BELĐRLENMESĐ

Bina Cephelerinde Yalıtım Yerine Trombe Duvar Kullanımının İncelenmesi

BRIDGELUX LEDLER ÜZERİNDEKİ TERMAL ETKİ VE UYGUN SOĞUTUCU SEÇİMİ

KANATLI BORULU YOĞUŞTURUCULARDA İKİ-FAZLI AKIŞ BAĞINTILARININ ISIL KAPASİTE HESABINA

Doç. Dr. Serhan Küçüka Dokuz Eylül Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü

ÖZGEÇMĠġ YRD. DOÇ. DR. ÖZGÜL GÖK

Hazırlık Sınıfı. 1.Sınıf / Güz Dönemi

Sürdürülebilir Binalarda Isıl Depolama. Dr. İbrahim Çakmanus

Soğutma Teknolojisi Bahar Y.Y. Prof. Dr. Ayla Soyer

Isı transferi (taşınımı)

Düzlem Kafes Sistemlerin ANSYS Paket Programı ile Optimum Geometri Tasarımı

FARKLI GEOMETRİLERDEN OLUŞAN ISI KÖPRÜLERİNDE ISI KAYIPLARININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Isı Kütle Transferi. Zorlanmış Dış Taşınım

TOA45 ÇOK KADEMELİ TAŞKIN YATAKLARDA MİNİMUM TAŞKINLAŞMA HIZININ BELİRLENMESİ

Ç.Ü Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Yıl 2018 Cilt: 35-1

AKDENİZ BÖLGESİ İÇİN ISITMA VE SOĞUTMA DERECE- SAAT DEĞERLERİNİN ANALİZİ

Transkript:

Fırat Üniv. Müh. Bil. Dergisi Science and Eng. J of Fırat Univ. 28 (2), 275-281, 2016 28 (2), 275-281, 2016 Bir Enerji Depolama Tankının Farklı Konumlarının Erime Ve Katılaşma Sürecine Etkisinin Sayısal Olarak İncelenmesi Özet Müjdat FIRAT 1, Mutlu OKCU 2, Yasin VAROL 2 1 Fırat Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü 23119 Merkez, Elazığ 2 Fırat Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi Otomotiv Mühendisliği Bölümü 23119 Merkez, Elazığ, *mujdatfirat@gmail.com (Geliş/Received:15.06.2016; Kabul/Accepted:24.09.2016) Bu çalışmada, içinde Faz Değiştiren Maddenin (FDM) bulunduğu bir enerji depolama tankının dikey ve yatay konumlarının, FDM nin erime ve katılaşma sürecine etkisi incelenmiştir. Ayrıca tankın sağ tarafına eklenen kanatçıkların katılaşma ve erime süreçlerine etkileri de incelenmiştir. Sayısal simülasyonlar ANSYS-Fluent 12.0 ticari paket programı kullanılarak yapılmıştır. Sayısal simülasyonda FDM olarak parafin mumu kullanılmıştır. Bu madde, gizli ısı depolama sistemlerinde sıklıkla kullanılan bir maddedir. Sistemin başlangıç sıcaklığı sabittir ve maddenin katılaşma ve erime noktaları için ayrı ayrı belirlenmiştir. Elde edilen sayısal sonuçlara göre, faz değişim sürecinin sistemin geometrik yapısına, konumuna, ortamın termal şartlarına ve kullanılan malzemenin özelliklerine bağlı olduğunu göstermiştir. Ayrıca geometri üzerine yerleştirilen kanatçıkların erime ve katılaşma sürecini oldukça hızlandırdığı da görülmüştür. Ayrıca tankın konumunun faz değişim sürecini olumlu yönde etkilediği belirlenmiştir. Anahtar kelimeler: Erime, Katılaşma, Faz değiştiren madde (FDM), Enerji depolama A Numerical Investigation of Effect of Position of the Thermal Energy Storage Container for the Melting and Solidification Process Abstract In this study, a numerical investigation was performed for the melting and solidification process in the different position of thermal energy storage container. The container is full filled with Phase Change Materials (PCM). In addtion, the fins effects in the right side of the container were determined for the phase change process. Transient numerical simulations were performed by using ANSYS-Fluent 12.0 commercial software. For the numerical simulation, the parrafin wax was used as PCM. It usually has been used in the heat storage systems. The initial temperature of the system is uniform and few degrees above the melting and solidification temperature. According to the simulations results, the transient phase change process depends on PCM properties, thermal condition, positions of container and geometrical parameters of system. The results indicate that the presence of fins embedded in the container and the positions of the container significantly accelerates the melting process. Keywords: Melting, Solidification, Phase Change Materials (PCM), Energy Storage 1. Giriş Gün geçtikçe artan dünya nüfusu, buna bağlı olarak artan enerji talebi ve bu talebin karşılanması, ülkelerin en önemli problemi haline gelmiştir. Artan enerji talepleri ülkelerin siyasi ve stratejik hamlelerine yön verdiği bilinen bir durumdur. Bu manada, ülkeler kendi menfaatleri için bölgesel gerilimler çıkarmaktan bile çekinmemektedir. Hal böyleyken var olan enerji kaynakların bir sonu olması nedeniyle, gerek bilim dünyası gerekse ülke politikacıları farklı kaynak arayışına ağırlık vermeye başlamıştır. Bu bağlamda, günümüzde hala birçok alanda kullanılan güneş enerjisi depolama sistemleri, farklı sistemler vasıtasıyla enerji üretmek amacıyla kullanılmaktadır. Yeni enerji kaynağı bulma fikrinin yanında, mevcut enerji kaynaklarının daha etkin kullanılması da önemli bir araştırma konusu haline gelmiştir. Yapılan çalışmada, FDM kullanılarak alternatif bir tasarım oluşturma ve enerji kullanım sürekliliği sağlama yöntemi olarak düşünülmüştür. Bunun yanında kullanılan tankın konumunun da

Bir Enerji Depolama Tankının Farklı Konumlarının Erime ve Katılaşma Sürecine Etkisinin Sayısal Olarak İncelenmesi erime/katılaşma sürecine etkisi incelenmiştir. Faz Değiştiren Maddeler (FDM) elektronik aletlerden otomobil endüstrisine, binalardan ısı depolama sistemlerine farklı birçok alanında enerji depolamak ve sıcaklık değişimleri dengelemek için kullanılmaktadır. Son yıllarda birçok alanda alternatif soğutma ve ısıtma metodu olarak FDM kullanımının yaygınlaştığı görülmektedir. Bu alanlara örnek olarak; elektronik aletlerin soğutulması, cep telefonları, bina yalıtımları, termal enerji depolama sistemleri ve güneş enerjisi depolama sistemleri gibi daha birçok örnek verilebilir [1-2-3]. FDM lerin güneş enerjisinin verimin arttırmak ve ısı kaybının korunmasına katkıda bulunduğu sıklıkla ifade edilmiştir [4]. FDM lerin ısı depolama kapasiteleri ve faz değişimi esnasındaki ısıl enerjileri oldukça yüksektir. Fakat FDM lerin çoğunun ısı iletkenlikleri oldukça düşüktür. Bu yüzden, FDM lerin kullanıldığı gizli ısı depolama sistemi ve benzeri sistemlerde ısı iletkenliğini arttırmak için kanatçık gibi ısı transferi arttırma teknikleri kullanmanın gerekliliği sıklıkla ifade edilmiştir [5-6]. Ayrıca yapılan incelemeler esnasında, FDM lerin evsel kullanımda sıcak su elde edilmesi ve ısıtma yükünün azaltılması amacıyla da kullanılmakta olduğu görülmüştür [7]. Sönmez vd. [8] içerisinde FDM olarak su bulunan dikdörtgensel geometriye sahip bir soğu depolama tankı üzerine farklı sayı ve konumda yerleştirilen yarım çember şekilli kanatçıkların katılaşma süreci üzerine etkisini incelemişlerdir. Elde edilen sonuçlar, kanatçıkların geometri üzerindeki konumunun ve sayısının ısı transferi hızını ve katılaşma oranını önemli ölçüde arttırdığı göstermiştir. Dubovsky vd. [9] dikey eksenli bir silindirde FDM nin katılaşma sürecini sayısal olarak incelemişlerdir. FDM olarak kullanılan madde parafindir. Çalışmada, kullanılan silindirik geometrinin farklı çaplarda kullanılması ve katılaşma sürecine etkisi ele alınmıştır. Elde edilen simülasyon sonuçların katı yüzeyin eğrisel oluşumunun açık bir şekilde bulunduğunu ifade edilmiştir. Assis vd. [10] küresel bir kap içerisinde bulunan FDM nin katılaşma sürecini sayısal ve deneysel olarak incelemişlerdir. FDM olarak ticari maçla birçok kez kullanılan parafin mumu kullanılmıştır. Hem sayısal hem deneysel çalışma için aynı zamanlarda elde edilen verileri bulunmuş ve grafiksel olarak ifade edilmiştir. Deneysel ve sayısal sonuçlar kıyaslanmış ve elde 276 edilen verilerin paralel olduğunu savunmuşlardır. Shih vd. [11] dikey olarak konumlandırılan bir tankı model olarak alarak, sabit hacimde kademeli olarak model üzerine yerleştirilen silindirlerin etrafındaki katılaşma sürecini incelemişlerdir. Faz değiştiren madde olarak su kullanılmıştır. Geometri üzerine yerleştirilen silindirin sayısı ve model üzerindeki farklı konumlandırılmasının sonuçlar üzerinde etkisini analiz etmişlerdir. Ayrıca katılaşma boyunca ısı transferi karakterleri de belirlenmiştir. Mazman [12] gizli ısı depolama ve uygulamaları çerçevesinde deneysel bir çalışma yapmıştır. Çalışma üç başlık altında toplanmıştır. Birinci olarak organik FDM nin aşırı soğuma göstermemesi özelliği ve FDM nin ısıl iletkenliğinin arttırılarak çeşitli uygulamalar yapmıştır. Bu uygulamalarda değişik organik FDM ler kullanılmıştır. İkinci aşamada FDM nin ısı transfer hızını arttırmak için FDM nin bulunduğu tank içerisinde değişik geometrik şekiller kullanılmıştır. En son olarak depo içerisinde FDM ler deponun üst kısmında kullanılarak maddenin gizli ısı depolama özelliğinden yararlanılmıştır. Konu ile ilgili hem sayısal hem deneysel birçok çalışma yapıldığı belirlenmiştir. Literatür araştırmalarında pek görülmeyen, depolama tankının konumunun da süreçler üzerine etkisinin de incelendiği bir çalışma yapılmıştır. Bu çalışmada simülasyonlar, ANSYS-Fluent 12.0 ticari paket programı kullanılarak yapılmıştır. Sayısal simülasyonda FDM olarak kullanılan madde, gizli ısı depolama sistemlerinde sıklıkla kullanılan parafin mumudur. Elde edilen veriler grafikler halinde sunulmuştur. 2. Materyal ve Metot Yapılan çalışmada, içinde FDM olan bir enerji depolama tankının dikey ve yatay konumlarının, FDM nin erime ve katılaşma sürecine etkisi incelenmiştir. Ayrıca dikey ve yatay olarak konumlandırılmış tankın sağ tarafına eklenen kanatçıkların katılaşma ve erime süreçlerine etkileri de incelenmiştir. Tüm analizler ANSYS-Fluent 12.0 ticari paket programı kullanılarak yapılmıştır. Çalışma Sonlu hacimler metoduna uygun olarak çözülmüştür. Bu şekilde farklı ağ yapıları ve kompleks geometriler rahatlıkla incelenmiştir. Çalışmada

Müjdat FIRAT, Mutlu OKCU, Yasin VAROL basınç düzeltme tabanına dayalı SIMPLEC algoritması ve birinci kademe ayrıştırma şeması kullanılmıştır. Kare biçimli ağ elamanlı kullanılan çalışmada elaman sayısı 3000, 12000, 50000 ve 160000 olarak seçilerek ön çalışmalar yapılmış ve en uygun sayı olan 50000 eleman ile çözümler gerçekleştirilmiştir[13]. Yapılan çalışma da amaç; gizli ısı depolama sistemlerinde kullanılan FDM lerin düşük termal iletkenliklerinden kaynaklanan dezavantajı azaltmaktır. Bunun için belirlenen modelde farklı kanatçık sayılarında ve farklı model konumlarında, erime ve katılaşma süreçleri ayrı ayrı incelenmiştir. Sayısal simülasyonda FDM olarak kullanılan madde, gizli ısı depolama sistemlerinde sıklıkla kullanılan parafin mumudur ve termofiziksel özellikleri Tablo 1 de verilmiştir. 2.1. Çalışmada kullanılan modeller Erime ve katılaşma sürecinin inceleneceği fiziksel model olarak kanatçıklı ve kanatçıksız yüzeylere sahip geometriler kullanılmıştır. Model geometrisinde kullanılan farklı kanatçık sayılarının erime ve katılaşma sürecine etkisi analiz edilmiştir. Şekil 2.1 de boyutları verilmiş model dikey ve yatay konumlarda ayrı ayrı analiz edilmiştir. Çalışmada, kullanılan model 100 cm yüksekliğinde ve 20 cm genişliğindedir. Kanatçıklı modelin boyutları ise; 5 kanatçıklı model için kanatçık genişliği 10 cm ve yüksekliği de 2 cm olarak alınmıştır. 10 kanatçıklı sistemde, kanatçık genişliği 10 cm ve kanatçık genişliği yine 2 cm olarak alınmıştır. Kanatçıklı ve kanatçıksız model boyutları Şekil 2.1-2.2 te verilmiştir. Tablo 1. Kullanılan FDM nin termofiziksel özellikleri Erime aralığı 28-30 ºC Gizli ısı 179 kj/kg Katı halde Isı depolama kapasitesi 2400 J/kgK Sıvı halde ısı depolama kapasitesi 1800 J/kg/K Katı halde termal iletkenlik 0.24 W/mK Sıvı halde termal iletkenlik 0.15 W/mK Katı halde sabit yoğunluk 870 kg/m 3 Sıvı halde sabit yoğunluk 760 kg/m 3 Volümetrik genişleme katsayısı 0.5*10-3 K -1 Şekil 2.1. Kanatçıksız modeller (a) dikey model, (b) yatay model Şekil 2.2. Kanatçıklı modeller (a) 5 kanatçıklı model, (b) 10 kanatçıklı model 277

Bir Enerji Depolama Tankının Farklı Konumlarının Erime ve Katılaşma Sürecine Etkisinin Sayısal Olarak İncelenmesi 3. Sonuçlar Çalışmada, kullanılan farklı modellerde erime ve katılaşma süreçleri analiz edilmiştir. Bu analizler sonucunda elde edilen bazı veriler, kullanılan farklı modellerin kıyaslanması bakımından önemli ipuçları vermiştir. Bu verilerden biri olan sıvı oranı grafikleri katılaşma süreci için aşağıda ifade edilmiştir. Sıvı oranı, tank içerisinde sıvı halde bulunan FDM miktarını temsil etmektedir. Bu şekillerde sıvı oranının zamana bağlı değerleri sunulmuştur. Şekil 3.1 ve 3.2 de yatay ve dikey modellerde katılaşma sürecinde zaman içerisindeki değişimini gösteren 10000 sn sonraki sıvı oranı grafikleri sunulmuştur. Model üzerinde kullanılan farklı sayıdaki kanatçıkların ve modellerin konumlarının sonuçlar üzerindeki etkilerini gösterilmektedir. Şekil 3.2. Dikey model için 10000 sn sonraki 5 kanatçık, 10 kanatçık ve kanatçıksız modellerde katılaşma süreci sıvı oranı zaman adımı grafiği Şekil 3.2. de dikey modelde katılaşma süreci için 10000 sn sonraki sıvı oranının zamanla değişimini içeren grafik sunulmuştur. Kanatçık sayısının, oluşturulan farklı modellerin katılaşma süreci üzerindeki etkisi net olarak görülmektedir. Yukarıdaki grafiklerde de gösterildiği gibi katılaşma süreci yatay ve dikey olarak konumlandırılan modellerde incelenmiş ve elde edilen sıvı oranının zamana bağlı değişimini gösteren verilerin kullanılmasıyla oluşturulan grafiklerde ifade edilmiştir. Bu verilerden yola çıkarak, sıvı oranının ilerleyen zamanla birlikte değişimleri, farklı modeller için sunulmuştur. Şekil 3.1. Yatay model için 10000 sn sonraki 5 kanatçık, 10 kanatçık ve kanatçıksız modellerde katılaşma süreci sıvı oranı zaman adımı grafiği Şekil 3.1 deki grafik sıvı oranının 10000 sn sonraki son durumunu göstermektedir. Grafikte de gösterildiği gibi, katılaşma sürecinde tüm modellerin sürecin başında yavaş ilerlediği fakat zamanla 10 kanatçıklı ve 5 kanatçıklı modellerde kanatçıkların etkisiyle katılaşma hızlarının arttığı gözlenmiştir. Sürecin başlarında iletim ısı transfer mekanizmasının etkin olduğu, süreç ilerledikçe taşınım etkin mekanizma olduğu belirlenmiştir. Ayrıca katılaşan FDM yoğunluğundan dolayı tank içerisinde aşağı yönde hareket etmektedir. Katılaşma sürecinin kanatçıksız modelde ise çok daha yavaş ilerlediği belirlenmiştir. Şekil 3.3. Dikey ve yatay modeller için 10000 sn sonraki 5 kanatçık, 10 kanatçık ve kanatçıksız modellerde katılaşma süreci sıvı oranı zaman adımı grafiği 278

Müjdat FIRAT, Mutlu OKCU, Yasin VAROL Bu farklı modellerdeki katılaşma hızlarının kıyaslanması sonucunda, katılaşma hızının en yüksek olduğu modelin 10 kanatçıklı model olduğu belirlenmiştir. Grafikten elde edilen verilere göre, kanatçık sayısının artması her iki modelde de katılaşma sürecini olumlu yönde etkilemiştir. Şekil 3.3 de dikey ve yatay modeller için katılaşma sürecine ait sıvı oranızaman adımı grafiği sunulmuştur. Sürecin başlarında iletim ısı transfer mekanizmasının etkin olduğu, süreç ilerledikçe taşınım etkin mekanizma olduğundan daha önce bahsedilmişti. Bu bağlamda katılaşan FDM kaldırma kuvveti etkisinden dolayı tank içerisinde aşağı yönde hareket etmektedir. Bu durum yatay modelde sürece çok daha olumlu yansımıştır. Yatay modeldeki katı FDM nin hareket alanı dikey modele göre daha az olduğu için tank cidarı ile teması daha kısa zamanda sağlamakta ve artan katı FDM tank içerisindeki sıcaklığın azalmasına katkıda bulunmaktadır. Böylece dikey modele nazaran daha hızlı bir katılaşma süreci meydana gelmektedir. Bu sonuca göre; sürecin ilerlemesiyle yatay modellerdeki katılaşma hızları gitgide artmakta ve dikey modelde olduğundan daha hızlı ilerlemektedir. Grafikten de görüldüğü gibi yatay modellerin tümü dikey modellerdeki katılaşma hızlarını geçmektedir. Zamanla hızlar arasındaki farkın gittikçe arttığı yine grafikten gözlenebilmektedir. Erime süreci üzerine yapılan incelemeler yatay ve dikey modeller için ayrı ayrı incelenmiş ve modeller üzerinde kullanılan kanatçık etkileri hakkında daha iyi yorum yapma şansı vereceğini düşünülen sıvı oranı grafikleri aşağıda sunulmuştur. Sırası ile yatay ve dikey modellerde 10000 sn sonraki sıvı oranı grafikleri ayrı ayrı verilip, daha sonra dikey ve yatay modeller arasındaki kıyaslamayı içeren grafikler sunulmuştur. Böylece kanatçık sayılarının ve modellerin konumlarının erime süreçleri üzerindeki etkileri analiz edilecektir. Şekil 3.4 ve 3.5 de dikey ve yatay modellerde erime sürecinin analizi için yapılan çözümler doğrultusunda elde edilen sıvı oranının zamanla değişimini gösteren grafikler sunulmuştur. Yatay ve dikey modellerin her ikisinde de erime sürecinde 5 kanatçıklı ve 10 kanatçıklı modellerin önemli rol oynadıkları ve sürece olumlu yönde etki ettikleri belirlenmiştir. Şekil 3.4. Yatay model için 10000 sn sonraki 5 kanatçık, 10 kanatçık ve kanatçıksız modellerde erime süreci sıvı oranı zaman adımı grafiği Şekil 3.5. Dikey model için 10000 sn sonraki 5 kanatçık, 10 kanatçık ve kanatçıksız modellerde erime süreci sıvı oranı zaman adımı grafiği Şekil 3.4-3.6 arasında sırasıyla yatay modelde erime sürecinin zamanla değişim, dikey modelde erime sürecinin zamanla değişim ve dikey yatay modellerde erime sürecinin zamanla değişim grafikleri sunulmuştur. Bu grafiklerde dikkat çekici nokta, katılaşma sürecindeki sıvı oranının incelenmesi sonucu ortaya çıkan yatay modelin dikey modele olan üstünlüğünün, erime sürecinde tam tersi olarak değişmesi ve dikey modeldeki erime hızının yatay modele nazaran çok daha iyi olmasıdır. Dikey modelde, eriyen FDM nin tankın en altından başlayarak yukarı yönlü hareket halindedir. 279

Bir Enerji Depolama Tankının Farklı Konumlarının Erime ve Katılaşma Sürecine Etkisinin Sayısal Olarak İncelenmesi Şekil 3.6. Yatay ve dikey modeller için 10000 sn sonraki 5 kanatçık, 10 kanatçık ve kanatçıksız modellerde erime süreci sıvı oranı zaman adımı grafiği Erime sürecinde dikey modeldeki hareket alanının yatay modele göre daha fazla olması sürece olumlu katkı vermiştir. Yatay modelde ise sıvı FDM nin hareket alanı daha az olduğundan dolayı sürecin diğer modele göre daha yavaş ilerlediği düşünülmektedir. Bunun sonucunda erime sürecinde, dikey modelin sürece verdiği olumlu etkinin yatay modele oranla daha iyi olduğu düşünülmektedir. Erime ve katılaşma süreçlerinde sıvı oranının zamanla değişimini veren grafikteler yukarıdaki şekillerde yukarıda sunulmuştur. Bu grafiklerin erime ve katılaşma süreçlerinde kanatçık etkilerini net olarak ifade ettiği düşünülmektedir. Ayrıca kullanılan tankın konumunun da süreçler üzerindeki etkisi açık bir şekilde görülmektedir. Erime ve katılaşma süreçlerinde 10 kanatçıklı modelin en etkin model olduğu görülmektedir. Zamanla kanatçık etkilerinin azalması sonucunda katılaşma hızı azalsa da, yinede sürece en olumlu etki yapan modelin 10 kanatçıklı model olduğu belirlenmiştir. 4. Tartışma Bu çalışmada, içinde Faz Değiştiren Maddenin (FDM) bulunduğu bir enerji depolama tankının dikey ve yatay konumlarının, FDM nin erime ve katılaşma sürecine etkisi incelenmiştir. Ayrıca dikey ve yatay olarak konumlandırılmış tankın sağ tarafına eklenen kanatçıkların katılaşma ve erime süreçlerine etkileri de incelenmiştir. Sayısal simülasyonlar ANSYS- Fluent paket programı vasıtasıyla yapılmıştır. 280 Her bir modelde kanatçık sayılarının erime/katılaşma sürecine olumlu katkı sağladığı belirlenmiştir. Isı depolama tanklarının yatay ve dikey olarak konumlandırılması erime/katılaşma sürecine önemli ölçüde etki ettiği gözlenmiştir. Süreç içerisinde değişen ısı transfer mekanizmalarının, erime/katılaşma süreçlerinde önemli bir rol oynadığı grafik sonuçlardan açık bir şekilde anlaşılmaktadır. Erime süreci için 10 kanatçıklı ve dikey modelin en uygun hal olduğu düşünülmektedir. Katılaşma süreci için 10 kanatçıklı ve yatay modelin en uygun hal olduğu düşünülmektedir. Elde edilen verilerin ısı depolama tankları adına önemli değerlendirmeler oluşturduğu düşünülmektedir. 5. Kaynaklar 1. Omari, K. E., Kousksou, T., Guer, Y. L., (2011). Impact of shape of container on natural convection and melting inside enclosures used for passive cooling of electronic devices, Applied Thermal Engineering, 31, 3022-3035. 2. Regin, A. F., Solanki, S.C., Saini, J. S., (2009). An analysis of a packed bed latent heat thermal energy store system using PCM capsules: Numerical investigation, Renewable Energy, 34, 1765-1773. 3. Konuklu, Y., Paksoy, Ö. H., (2011). Faz değiştiren maddeler ile binalarda enerji verimliliği, X. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, İzmir. 4. Pielichowska, K., Pielichowski, K., (2014). Phase change materials for thermal energy storage, Progress in Materials Science, 65, 67-123. 5. Lamberg, P., (2004). Approximate analytical model for two-phase solidification problem in a finned phase change material storage, Applied Energy, 77, 131-152. 6. Lacroix, M., Benmadda, M., (1997). Numerical sumilation of natural convection dominated melting and solidification from a finned vertical wall, Numerical Heat Transfer; Part A: Applications, 31, 71-86. 7. Anuar, Sharif, M.,K., Al-Abidi, A., A., Mat, S., Sopian, K., Ruslan, M., H., Sulaiman, M.,Y., Rosli, M., A., M., (2015). Review of the application of phase change material for heating and domestic hot water systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 42, 557-568.

Müjdat FIRAT, Mutlu OKCU, Yasin VAROL 8. Sönmez, N., Fertelli, A., Buyruk, E., (2009). Numerical investigation for solidification around various cylinder geometries, Journal of Science & Industrial Research, 68, 122-129. 9. Dubovsky, V., Assis, E., Kochavi, E., Ziskind, G., ve Letan, R., (2008). Study of solidification in vertical cylindrical shells, Proceedings of the Fifth European Thermal Sciences Conference, Eindhoven, The Netherlands. 10. Assis, E., Ziskind, G., Letan, R., (2009). Numerical and experimental study of solidification in a spherical shell, Journal of Heat Transfer, 131, 024502-1. 11. Shih, Y.H., Chou, H., (2005). Numerical study of solidification around staggered cylinders in a fixed space, Numerical Heat Transfer, 48, 239-260. 12. Mazman, M., (2006). Gizli ısı depolaması ve uygulamaları, Doktora Tezi, Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, Türkiye. 13. Okcu, M., (2011) Faz değiştiren maddelerde katılaşma sürecinin sayısal olarak incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,, Elazığ, Türkiye. 281