SERPANTİN ÜZERİNDE BUZLU GİZLİ ENERJİ DEPOLAMA SİSTEMİNİN DENEYSEL VE SAYISAL İNCELENMESİ

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

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

ISI DEĞĠġTĠRGEÇLERĠ DENEYĠ

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

BİR SOĞU DEPOSUNUN EKONOMİK ANALİZİ

KYM 101 KİMYA MÜHENDİSLĞİNE GİRİŞ PROBLEM SETİ

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

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

İKİ LEVHA ARASINDAKİ LAMİNER AKIŞTA DEĞİŞKEN DUVAR KALINLIĞININ ISI TRANSFERİNE ETKİSİNİN SAYISAL ANALİZİ

KYM 101 KİMYA MÜHENDİSLĞİNE GİRİŞ PROBLEM SETİ

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

DENEYSAN EĞİTİM CİHAZLARI SANAYİ VE TİCARET LTD. ŞTİ.

Termal Enerji Depolama Nedir

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MOTORLAR LABORATUARI

SU-SU ÇİFTİ TÜRBÜLANSLI AKIŞ ISI EŞANJÖRÜ DENEYİ ISI EŞANJÖRÜNDE ETKENLİK TAYİNİ DENEYİ

DEÜ Makina Mühendisliği Bölümü MAK 4097

BİR ENERJİ DEPOLAMA SİSTEMİNİN TASARIMI VE ÇALIŞMA PARAMETRELERİNİN DENEYSEL VE SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

ISI POMPASI DENEY FÖYÜ

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

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

TAŞINIMIN FİZİKSEL MEKANİZMASI

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

OREN303 ENERJİ YÖNETİMİ KERESTE KURUTMADA ENERJİ ANALİZİ/SÜREÇ YÖNETİMİ

YOĞUŞMA DENEYİ. Arş. Gör. Emre MANDEV

ISI DEĞİŞTİRİCİLERLE İLGİLİ ÖRNEK SORU VE ÇÖZÜMLERİ

ADIYAMAN ÜNİVERSİTESİ

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

SİLİNDİRİK KOORDİNATLARDA FAZ DEĞİŞİMLİ ISIL ENERJİ DEPOLAMA: BİR BOYUTLU SAYISAL İNCELEME

1. Aşağıda verilen fiziksel büyüklüklerin dönüşümünde? işareti yerine gelecek sayıyı bulunuz.

Borularda Akış. Hesaplamalarda ortalama hız kullanılır.

TERMODİNAMİK SINAV HAZIRLIK SORULARI BÖLÜM 4

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

BİR OFİS İÇİN TERMAL KONFOR ANALİZİNİN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ YÖNTEMİ İLE MODELLENMESİ VE SAYISAL ÇÖZÜMÜ

ISI DEĞİŞTİRİCİLERİN TASARIMI [1-4]

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

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

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

DENEYSAN EĞİTİM CİHAZLARI SANAYİ VE TİCARET LTD. ŞTİ.

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

Abs tract: Key Words: Gökhan ARSLAN

HELİSEL BORULARDA AKIŞ VE ISI TRANSFERİNİN İNCELENMESİ. Fırat Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makina Eğitimi Bölümü, 23119, Elazığ

NÖ-A NÖ-B. Şube. Alınan Puan. Adı- Soyadı: Fakülte No: 1. Aşağıda verilen fiziksel büyüklüklerin eşit olduğunu gösteriniz. 1/6

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

Akışkanların Dinamiği

KOMPLE ÇÖZÜM ÇEVRE DOSTU ESNEK ÇÖZÜM. Tekli Uygulama. İkili Uygulama. Montaj Kolaylığı

Şekil-1 Yeryüzünde bir düzleme gelen güneş ışınım çeşitleri

ORİFİS TİPİ BLOKAJIN BORULARDA TÜRBÜLANSLI ISI TRANSFERİNE ETKİSİ. Öğr. Gör. Burhan CANLI. S.Ü. Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu

Taşınım Olayları II MEMM2009 Akışkanlar Mekaniği ve Isı Transferi bahar yy. borularda sürtünmeli akış. Prof. Dr.

5. Boyut Analizi. 3) Bir deneysel tasarımda değişken sayısının azaltılması 4) Model tasarım prensiplerini belirlemek

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

Hidrojen Depolama Yöntemleri

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

ONDOKUZ MAYIS ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ KĠMYA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ KMB 405 KĠMYA MÜHENDĠSLĠĞĠ LABORATUVARI - 3

ATIK SULARIN TERFİSİ VE TERFİ MERKEZİ

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

7. BÖLÜMLE İLGİLİ ÖRNEK SORULAR

DÜNYADAKİ ATIK SU ISI DEĞİŞTİRİCİSİ UYGULAMALARI. Doç.Dr.Hüseyin GÜNERHAN Yük.Müh.Oğuzhan ÇULHA

LÜLEBURGAZDAKİ BİNA DIŞ DUVARLARI İÇİN OPTİMUM YALITIM KALINLIĞININ BELİRLENMESİ VE MALİYET ANALİZİ

DENEY FÖYLERİ DENEYSAN EĞİTİM CİHAZLARI SANAYİ VE TİCARET LTD. ŞTİ.

5. Boyut Analizi. 3) Bir deneysel tasarımda değişken sayısının azaltılması 4) Model tasarım prensiplerini belirlemek

XII. ULUSAL TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ ERGİN BAYRAK, NACİ ŞAHİN Nisan 2015, İZMİR

JEOTERMAL BÖLGE ISITMA SİSTEMLERİNDE SICAKLIK KONTROLUNUN DÖNÜŞ SICAKLIĞINA ETKİSİ

Çapraz AkıĢlı Düz Borulu Saptırmalı Boru Demetinde Isı Transferi ve Basınç Kaybının Deneysel Olarak Ġncelenmesi

Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Pamukkale University Journal of Engineering Sciences

ŞEKİL P4. Tavanarası boşluğu. Tavanarası boşluğu. 60 o C. Hava 80 o C 0.15 m 3 /s. Hava 85 o C 0.1 m 3 /s. 70 o C

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKIŞKANLAR MEKANİĞİ LABORATUVARI

ĠKLĠMLENDĠRME DENEYĠ

T.C. ONDOKUZ MAYIS ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ SANTRĠFÜJ POMPA DENEY FÖYÜ HAZIRLAYANLAR. Prof. Dr.

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ. Doç. Dr. Tahsin Engin. Sakarya Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü

Su Debisi ve Boru Çapı Hesabı

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

GÜNEŞ ENERJİSİ İLE SU ISITILMASI

Abs tract: Key Words: Abdullah YILDIZ Mustafa Ali ERSÖZ

YILDIZ ENERJİ EVİ. Yıldız Enerji Evi

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

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

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFER LABORATUVARI SUDAN SUYA TÜRBÜLANSLI AKIŞ ISI DEĞİŞTİRİCİSİ

Vakum Tüplü Kollektörlerin Güneş Havuzu Performansı Üzerine Etkisi.

Santrifüj Pompalarda Enerji Verimliliği ve Önemi. GÖKHAN UZUNER WILO Pompa Sistemleri A.Ş.

İKLİMLENDİRME DENEYİ FÖYÜ

YAPI TEKNOLOJİSİNDE YENİLENEBİLİR ENERJİ VE ALTERNATİF SİSTEMLER

EVAPORATİF SOĞUTMA DENEYi

1. HAFTA Giriş ve Temel Kavramlar

YAZ DÖNEMİ UYGULAMA II I. & II.

f = =

Proses Tekniği 3.HAFTA YRD.DOÇ.DR. NEZAKET PARLAK

Gizli Tavan Tipi Fancoil

NOT: Pazartesi da M201 de quiz yapılacaktır.

Corresponding author: Özet. Bu çalışmada yamuk kesit alanına sahip bir kanal içerisindeki hidrodinamik olarak

VENTURİ, ORİFİS VE ROTAMETRE İLE DEBİ ÖLÇÜMÜ

BÖLÜM 3 SOĞUTMA YÜKÜ HESAPLAMALARI

TMMOB Makina Mühendisleri Odası Güneş Enerjisi Sistemleri Sempozyumu ve Sergisi 6-7 Kasım 2009

ISI TRANSFERİ. Doğal Taşınım

Kütlesel kuvvetlerin sadece g den kaynaklanması hali;

NÖ-A NÖ-B. Adı- Soyadı: Fakülte No:

YAMUK KESİTLİ KANAL İÇERİSİNDE LAMİNER AKIŞTA HİDRODİNAMİK VE ISIL OLARAK GELİŞMEKTE OLAN ISI TRANSFERİ PROBLEMİNİN SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

KROÇİL BORULU BUHARLAŞTIRICILARA VE SIVILAŞTIRICILARA İLİSKİN DENEYSEL VE TEORİK SONUÇLAR

PARALEL AKIŞLI ISI EŞANJÖRÜ DENEYİ

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Transkript:

SERPANTİN ÜZERİNDE BUZLU GİZLİ ENERJİ DEPOLAMA SİSTEMİNİN DENEYSEL VE SAYISAL İNCELENMESİ Mehmet Akif EZAN, Aytunç EREK Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü, İZMİR mehmet.ezan@deu.edu.tr, aytunc.erek@deu.edu.tr ÖZET Bu çalışmada, soğutma sistemlerinde enerji verimliliğini arttırması ve ilk yatırım maliyetlerini düşürmesi nedeniyle uygulamada geleneksel soğutma sistemlerine ilave olarak tercih edilmeye başlanan gizli enerji depolaması yöntemi incelenmiştir. Hazırlanan sarmal borulu gizli enerji deposundaki zamana bağlı soğu enerjisi değişimleri farklı debiler (20, 30, 40, 50 l/dk) için deneysel çalışmayla gözlenmiştir. Sistem için en uygun çalışma debisi ve giriş sıcaklığının belirlenmesi için ise, sistem ayrıca sayısal olarak da modellenmiştir. Entalpi yöntemi temel alınarak oluşturulan iki boyutlu matematiksel model, düşük Reynolds sayıları için deneysel sonuçlarla uyum göstermiştir. Deneysel çalışmalar ve sayısal hesaplamalar sonucunda, akışkan giriş sıcaklığının depolanan enerjiyi arttırmada, hacimsel debiye göre daha etkili olduğu ve hacimsel debi artışının soğu enerjisini azalan bir eğilimle arttırdığı gözlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Soğu Depolama, Entalpi Yöntemi 1. GİRİŞ Günümüzde enerji kaynaklarının önemli bölümü fosil yakıtlardan (petrol, doğal gaz, kömür vb.) elde edilmektedir. Fosil yakıtların gün geçtikçe pahalılaşması ve rezervlerin tükenmesinin yanı sıra çevreye verdikleri geri dönüşü olmayan zararları nedeniyle, enerji tasarrufu ve üretilen enerjinin daha verimli kullanılması önem kazanmaktadır. Isıl enerji depolama sistemleri de bu bağlamda, ısıtma ve soğutma sektöründe sağladığı enerji tasarrufu ve yüksek sistem verimi nedeniyle sıklıkla kullanılmaktadır. Isıl enerji depolama, ısı veya soğu enerjisinin ucuz olduğu dönemde depolanması ve kısa veya uzun dönemler sonrası geri kullanılması olarak özetlenebilir. Uygulamada kullanılan ısıl enerji depolama yöntemleri duyulur ve gizli depolama olmak üzere iki grupta incelenebilir. Duyulur ısı depolama sistemlerinde enerji, depolama ortamının sıcaklığının değiştirilmesiyle depolanmaktadır. Enerji depolama ortamı olarak kullanılan malzemesinin yüksek ısı kapasitesine sahip olması ve uzun çevrimler boyunca ısıl özeliklerinin sabit kalması gerekmektedir. Gizli ısı depolama sistemlerinde ise enerji, depolama ortamının faz değiştirmesiyle depolanmaktadır. Diğer ısı depolama sistemlerine göre bir takım üstünlükleri olmasından dolayı uygulamada sıklıkla kullanılmaktadır. Duyulur ısı depolama sistemlerine oranla daha düşük depolama hacmiyle ve çok dar bir sıcaklık aralığında yüksek enerji depolaması gerçekleştirilmektedir. Örnek olarak 1 kg suyun eritilmesi için gerekli olan enerji, 1kg suyun 1 C ısıtılması için gerekenden 80 kat fazladır. Faz değişim malzemesi olarak kullanılacak malzemenin seçiminde, kolay bulanabilir, ucuz, çevreye ve sisteme zararlı olmayan, fiziksel ve ısıl özelliklerinin zamanla değişmeyecek olması gibi kriterler göz önünde tutulmalıdır. Birim miktarda depolanan enerji başına daha az hacim gerektirmesi ve faz değişimli ısı geçişi sırasında meydana gelen dar sıcaklık aralığı sebebiyle, gizli enerji depolama sistemleri birçok araştırmacının ilgisini çekmiş ve bu konuda birçok çalışma yapılmıştır. Gizli enerji depolama sistemleri konusunda gerçekleştirilmiş çalışmaları özetleyen referans yayınlar, bu sistemleri ve inceleme alanlarını çok iyi sınıflandırmaktadır [1 3]. Boru-kovan tipi ısı değiştirgeçleri [4 7] ve kanatlı boru çevresindeki enerji depolamasını üzerine [8 11] birçok çalışma yapılmıştır. Boru 1

demetleri üzerinde katılaşma periyodunun akışkan parametrelerine bağlı olarak incelendiği çalışmalar ise son birkaç yıl içerisinde gerçekleştirilmiştir [12, 13]. Bu çalışmada, hazırlanan sarmal borulu gizli enerji deposundaki zamana bağlı soğu enerjisi ve ısı transfer hızı değişimleri farklı debiler için deneysel çalışmayla gözlenmiştir. Sistem için en uygun çalışma debisi ve giriş sıcaklığının belirlenmesi için ise, sistem ayrıca entalpi yöntemi kullanılarak sayısal olarak da modellenmiştir. 2. DENEYSEL ÇALIŞMA Deneysel çalışmalar, Dokuz Eylül Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümünde kurulu bulunan soğutma grubuna entegre soğu enerji depolama tankı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Soğu enerji depolama tankı içerisinde faz değişim malzemesi olarak su kullanılmış ve su içerisine daldırılan 8 sıra polietilen borudan geçen soğutucu akışkan ile depolama işlemi gerçekleştirilmiştir. Polietilen borular, 13 mm iç çap, 17 mm dış çapında ve 13 m uzunluğunda seçilmiş ve boru eksenleri arasındaki mesafe 20 saatlik depolama sonucunda oluşacak buz çapı göz önüne alınarak tasarlanmıştır. Soğutma çevriminde Freon-22 soğutucu akışkanı kullanılırken, depolama tankındaki polietilen borularda ise ikincil akışkan, %40 lık etilen-glikol su karışımı dolaşmaktadır. İkincil akışkan sisteme pompa yardımıyla basılmakta, giriş kolektörü üzerinden polietilen boruları dolaştıktan sonra çıkış kolektörleri yardımıyla çevrimini tamamlayarak ısısını soğutma grubunun evaparatörüne bırakmaktadır. Deneysel çalışmalar, mevcut soğutma grubunun evaparasyon sıcaklığı ve pompa çalışma aralığı dikkate alınarak, dört farklı hacimsel debide (20, 30, 40 ve 50 lt/dk) ve 12 saatlik depolama süresi için tekrarlanmıştır. Tank içindeki doğal taşınım etkilerinin azaltılması için tüm deneylerde başlangıç koşulu olarak su sıcaklığının 1ºC ye düşürülmesi sağlanmıştır. Sistemde depolanan toplam soğu enerjisi, duyulur ve gizli olmak üzere iki bileşenden oluşmaktadır, Q Q Q Q (1) depolanan gizli duyulur, buz duyulur, su burada, gizli enerji, Q gizli suyun faz değişimiyle sistemde depolanan enerjiyi ve duyulur enerjiler, ise suyun, Q duyulur, su, ve buzun, Q duyulur, buz, sıcaklık değişimleriyle sistemde depolanan enerjiyi göstermektedir. Gizli ve duyulur enerjiler sırasıyla Eş. (2) ve Eş. (3) ile hesaplanmaktadır. Q m H (2) gizli buz,,, Qduyulur msu icsutsu i mbuz cbuztbuz t msu i msu t csutsu t (3) Buz ve suda depolanan duyulur enerjilerin saptanması için soğutucu akışkanın her bir boruya giriş ve çıkış noktalarında borunun dış yüzey sıcaklıkları ve tank içindeki suyun sıcaklığı birer dakika arayla elde edilmiştir. Ayrıca sistemden çekilen toplam ısıyı saptamak için de giriş ve çıkış kolektörlerinde de sıcaklık değerleri okunmuştur. Toplam 20 ayrı noktadan alınan bu sıcaklık değerleri HP 34970A veri alma ve kilitleme cihazı yardımıyla bilgisayara RS232 bağlantısıyla kaydedilmiştir. Depolanan gizli enerjinin hesaplanması için ise, borular üzerindeki buz çapları birer saat arayla ölçülerek, her bir zaman adımındaki ortalama buz hacmi elde edilmiştir. Isı transferi akışkanı tarafından sistemden çekilen toplam enerji ise, depolanan soğu enerjisiyle ısı kazancının toplamı kadar olmaktadır, Qtoplam Qdepolanan Qısı kazancı (4) 2

Buna göre, farklı hacimsel debiler için sıcaklık, buz hacmi ve elektrik tüketim değerlerinin değişimleri Tablo 1 de verilmiştir. Tablo 2 de ise, sistemde depolanan gizli ve duyulur enerjilerle birlikte, ortamdan tanka gerçekleşen ısı kazancı ile ısı transferi akışkanı tarafından çekilen toplam enerji değişimleri verilmiştir. Farklı akışkan debileri için depolanan ısı enerjilerin karşılaştırılması Şekil 1 de verilmiştir. Buna göre, akışkan debisinin artmasıyla, soğutma kapasitesinin sabit olmasından dolayı, giriş sıcaklığının düştüğü ve böylece toplam depolanan enerjideki artışın azaldığı görülmektedir. Şekil 1. Toplam depolanan ısıl enerjinin farklı akışkan debileri için zamanla değişimi Deneysel Çalışma 3. SAYISAL ÇALIŞMA Sistemde faz değişimi, tank içindeki 8 sıra boru etrafında zamana bağlı olarak gerçekleşmektedir. Böylesi üç boyutlu ve zamana bağlı bir modelin sayısal olarak çözümlenmesinde meydana gelen zorluklar nedeniyle, matematiksel model olarak sistemin 1/8 lik kısmının incelenmesi çok daha kullanışlı olmaktadır. Bu nedenle fiziksel sistemi birebir almak yerine, eşdeğer iki boyutlu matematiksel model Şekil 2 deki gibi oluşturulmuştur. T çıkış T giriş Collectors Water inlet Polyethylene tube T PCM, 1 Flow direction Supporting construction T PCM, 2 Insulation Water outlet Air inlet a) Fiziksel model b) Sıcaklık ölçüm noktaları c) Üç boyutlu 1/8 model d) 2 boyutlu simetrik matematiksel model Şekil 2. Fiziksel modelden matematiksel modele geçiş 3

Oluşturulan matematiksel model üç kısımda incelenmiştir, Isı Transferi Akışkanı Boru Hacmi FDM Isı transferi akışkanı bölgesi için, akışın tam gelişmiş olduğu ve eksenel yönde gerçekleşen ısı transferi ihmal edilerek, boyutsuz zamana bağlı enerji denklemi, 4Nuw f PrRe X (5) şeklinde elde edilmiştir. Laminer akış durumu için yerel Nusselt sayısının elde edilmesinde [7, 14] tarafından geliştirilen analitik metod kullanılmıştır, Nu j j 2 2 n kgnexp X k 1 X k1 n0 Pe f j 2 G n 2 n 2 k exp 2 X k 1 X k1 n0n Pe f (6) burada k Ri Ri ve int X 1 k k 1 j dir. X Boru hacmi için ise, iki boyutlu zamana bağlı ısı transferi denklemi boyutsuz hale indirgenmiştir, l 1 Cw Kw KwR f X X R R R (7) Faz değişim malzemesi bölgesinde doğal taşınım etkileri ihmal edilerek, [15] tarafından geliştirilen entalpi yöntemi kullanılmıştır. Buna göre faz değişimi, Tm Tm ve Tm Tm olarak tanımlanan dar bir sıcaklık aralığında gerçekleşmektedir. Faz değişim malzemesi için elde edilen boyutsuz enerji denklemi, C 1 l S KR K f R R r X X (8) Burada, C sl m katı faz 1 1 C C( ) 1 Csl m m ara faz 2 2Stem 1 m sıvı faz C slm m katı faz 1 1 S S( ) m1 Csl m m ara faz 2 2Ste 1 C slm m sıvı faz Ste (9) (10) 4

K katı faz sl m 1 Ksl m K K( ) K ara faz sl m m 2m 1 sıvı faz m (11) Çözüm bölgesindeki sıcaklık dağılımı, Eş. 5-11 ile verilen enerji denklemlerinin çözülmesi ile elde edilmektedir. Kontrol hacmi yaklaşımı [16] kullanılarak ayrıştırılan enerji denklemlerinden elde edilen denklem sistemleri, [17], tarafından geliştirilen Yarı Açık Çözücü algoritmasıyla oluşturulan FORTRAN kodu yardımıyla çözümlenmiştir. 4. SONUÇLAR Sayısal kodun doğruluğunu saptamak için, elde edilen deneysel sonuçlar, sayısal sonuçlar karşılaştırılmıştır (Şekil 3). Buna göre düşük debilerde tam bir uyum söz konusuyken, debinin artmasıyla birlikte deneysel sonuçlardan sapmalar meydana gelmektedir. Bunun nedeni olarak da, fiziksel model ile indirgenmiş matematiksel model arasındaki olası akış farklılıkları gösterilebilir. Şekil 3. Sayısal ve deneysel sonuçların karşılaştırılması Sayısal modelin, deneysel modelle kabul edilebilir bir uyum içinde olduğunu ortaya koyduktan sonra, akışkan debisinin (20, 30, 40, 50 ve 60 lt/dk) ve giriş sıcaklığının (-6ºC, -8 ºC, -10 ºC) depolanan enerjiye etkisi sayısal olarak gözlenmiştir. Şekil 4 den görüleceği üzere, ikincil akışkanın hacimsel debisinin artmasıyla, depolanan ısıl enerji artmakta, ancak belli bir debi değerinden sonra artış eğilimi azalmaktadır. Şekil 5 te ise ikincil akışkanın giriş sıcaklığının azaltılmasıyla birlikte depolanan enerjide önemi artışlar olduğu görülmektedir. Bu çalışmada, gizli enerji depolama sisteminde, ikincil akışkanın giriş sıcaklığı ve hacimsel debisinin depolama kapasitesine etkisi deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Akışkan giriş sıcaklığının depolanan enerjiyi arttırmada, hacimsel debiye göre daha etkili olduğu ve hacimsel debi artışının soğu enerjisini azalan bir eğilimle arttırdığı gözlenmiştir. 5. TEŞEKKÜR Çalışmamızda kullandığımız gizli enerji depolama sisteminin tasarım çalışmalarını gerçekleştiren Yrd. Doç. Dr. Tahsin BAŞARAN A teşekkür ederiz. 5

Şekil 4. Akışkan debisinin depolanan enerjiye etkisi Sayısal Çalışma (T giriş = -8ºC) 6. SEMBOLLER Şekil 5. Giriş sıcaklığının depolanan enerjiye etkisi Sayısal Çalışma ( Q 30 l dk ) c özgül ısı [J kg -1 K -1 ] Re akışkanın Reynolds sayısı ρ yoğunluk [kgm -3 ] C ısı kapasitesi ( c ) [J m -3 K -1 ] S boyutsuz kaynak terimi τ boyutsuz zaman (αf t/d 2 ) Csl cs c l Ste Stefan sayısı Alt indisler D borunun iç çapı [m] T sıcaklık [K] f ısı transferi akışkanı k ısıl iletkenlik [W m -1 K -1 ] T ortalama sıcaklık [K] i başlangıç K boyutsuz ısıl iletkenlik (k/kl) t zaman [s] in giriş Ksl ks/kl x eksenel koordinat [m] l sıvı FDM L borunun boyu [m] X boyutsuz eksenel koordinat (x/d) m ara faz m kütle [kg] Yunan Harrfleri s katı FDM m kütlesel debi [kg s -1 ] α ısıl yayınım katsayısı [m 2 s -1 ] w boru yüzeyi Pr akışkanın Prandtl sayısı 2δTm faz değişim sıcaklık aralığı [K] Q depolanan enerji [J] δθm boyutsuz sıcaklık aralığı δt(tm-tin) r radyal koordinat [m] ΔH FDM nin gizli ısısı [J kg -1 ] R boyutsuz radyal koordinat (r/d) θ boyutsuz sıcaklık (T-Tm)/(Tm-Tin) 6

Tablo 1. Farklı debiler için deneysel ölçümler Zaman a) Hacimsel Debi: 20 lt/dk Ölçülen Sıcaklıklar Ortalama Buz Çapı T giriş T çıkış Elektrik Tüketimi (Saat) ( C) ( C) (mm) (kwh) 1-7.1-4.1 0.0 2.5 2-7.7-4.6 21.9 2.4 3-8.3-4.8 28.7 2.5 4-8.4-5.0 36.8 2.5 5-8.5-5.2 40.6 2.5 6-8.6-5.3 43.7 2.5 7-8.6-5.4 47.3 2.6 8-8.6-5.4 50.5 2.5 9-8.6-5.5 53.0 2.5 10-8.6-5.5 56.1 2.5 11-8.6-5.5 58.5 2.4 12-8.6-5.5 60.4 2.4 b) Hacimsel Debi: 30 lt/dk Ölçülen Sıcaklıklar Ortalama Buz Çapı Elektrik Tüketimi Time T giriş T çıkış (Saat) ( C) ( C) (mm) (kwh) 1-8.6-6.1 0.0 2.4 2-8.7-6.1 27.2 2.5 3-8.8-6.4 35.2 2.2 4-9.0-6.7 41.1 2.3 5-9.2-6.9 45.1 2.3 6-8.4-6.3 49.1 2.4 7-8.4-6.4 52.7 2.5 8-8.4-6.4 55.7 2.4 9-8.4-6.5 58.2 2.3 10-8.4-6.5 61.0 2.3 11-8.5-6.6 63.5 2.4 12-8.5-6.6 66.1 2.4 Zaman c) Hacimsel Debi: 40 l/dk Ölçülen Sıcaklıklar T giriş T çıkış Ortalama Buz Çapı Elektrik Tüketimi (Saat) ( C) ( C) (mm) (kwh) 1-7.7-5.7 0.0 2.4 2-7.5-5.5 31.4 2.4 3-7.8-5.9 36.7 2.3 4-8.1-6.2 42.3 2.5 5-8.1-6.3 47.1 2.5 6-8.1-6.3 51.1 2.5 7-8.1-6.3 54.8 2.5 8-8.1-6.4 57.9 2.5 9-8.1-6.4 60.9 2.5 10-8.2-6.5 63.6 2.5 11-8.2-6.5 66.2 2.5 12-8.3-6.6 68.2 2.5 Tablo 2. Farklı debiler için depolanan enerji değişimleri a) Hacimsel Debi: 20 lt/dk d) Hacimsel Debi: 50 l/dk Ölçülen Sıcaklıklar Ortalama Buz Çapı Elektrik Tüketimi Time T giriş T çıkış (Saat) ( C) ( C) (mm) (kwh) 1-6.5-5.3 19.0 2.5 2-6.1-5.0 27.9 2.4 3-6.3-5.3 34.8 2.5 4-6.5-5.5 40.5 2.5 5-6.8-5.8 44.7 2.5 6-7.0-6.0 49.0 2.5 7-7.1-6.1 52.6 2.6 8-7.0-6.1 56.0 2.6 9-7.0-6.1 58.7 2.5 10-7.1-6.2 61.9 2.6 11-7.1-6.2 64.3 2.6 12-7.2-6.3 67.0 2.6 b) Hacimsel Debi: 30 lt/dk Zaman Q gizli Q duyulur Q kazanç Q toplam Zaman Q gizli Q duyulur Q kazanç Q toplam (Saat) (kj) (kj) (kj) (kj) 1 0.0 7308.9 546.7 7855.6 2 4866.6 12153.1 1093.5 18113.1 3 13460.4 12427.4 1640.2 27528.0 4 24602.5 12337.5 2186.9 39126.9 5 32221.0 12656.3 2733.7 47610.9 6 40732.9 12240.5 3280.4 56253.8 7 48958.5 12167.6 3827.1 64953.2 8 56663.0 12045.7 4373.9 73082.5 9 63322.4 11867.0 4920.6 80109.9 10 71724.6 11489.5 5467.3 88681.5 11 78682.6 11428.6 6014.1 96125.2 12 84240.2 11059.4 6560.8101860.3 (Saat) (kj) (kj) (kj) (kj) 1 0.0 9400.8 546.7 9947.6 2 11325.4 10803.0 1093.5 23221.8 3 23747.8 11507.4 1640.2 36895.3 4 35078.5 11855.1 2186.9 49120.5 5 43727.2 12007.4 2733.7 58468.3 6 53153.0 11624.0 3280.4 68057.5 7 62363.7 11508.8 3827.1 77699.6 8 70479.9 11367.8 4373.9 86221.6 9 77722.4 11463.2 4920.6 94106.2 10 85932.8 10970.8 5467.3 102370.9 11 93849.6 11040.6 6014.1 110904.2 12 102043.0 10652.3 6560.8 119256.1 7

c) Hacimsel Debi: 40 lt/dk d) Hacimsel Debi: 50 lt/dk Zaman Q gizli Q duyulur Q kazanç Q toplam Zaman Q gizli Q duyulur Q kazanç Q toplam (Saat) (kj) (kj) (kj) (kj) 1 0.0 5720.0 546.7 6266.7 2 17412.1 7613.6 1093.5 26119.2 3 26555.6 8633.6 1640.2 36829.4 4 37484.3 9012.2 2186.9 48683.4 5 48309.8 8760.6 2733.7 59804.0 6 58081.6 8468.5 3280.4 69830.5 7 67887.7 8377.7 3827.1 80092.6 8 76780.8 8443.4 4373.9 89598.1 9 85523.3 8252.0 4920.6 98695.9 10 94076.0 8200.9 5467.3107744.2 11 102467.3 8103.9 6014.1116585.2 12 109312.4 8208.6 6560.8124081.8 (Saat) (kj) (kj) (kj) (kj) 1 1863.5 7663.7 546.7 10073.9 2 12280.0 10088.4 1093.5 23461.9 3 23017.8 11063.8 1640.2 35721.8 4 33852.8 11674.8 2186.9 47714.4 5 42914.1 11835.5 2733.7 57483.3 6 52832.3 11736.5 3280.4 67849.2 7 62004.2 11594.8 3827.1 77426.1 8 71216.5 11208.7 4373.9 86799.1 9 79153.0 10900.5 4920.6 94974.1 10 88709.2 10678.9 5467.3 104855.5 11 96456.5 10701.5 6014.1 113172.0 12 105132.9 10460.7 6560.8 122154.4 7. KAYNAKLAR [1] Eckert E.R.G., Goldenstein R.J., Ibele W.E. ve Patankar S.V., Heat transfer A review of 1994 Literature, Int. J. Heat Mass Transfer, 40, 3729 3804, 1997. [2] Zalba B., Marin J.M., Cabeza L.F. ve Mehling H., Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications, App. Thermal Eng., 23, 251 283, 2003. [3] Dincer I. ve Rosen M.A., Thermal Energy Storage Systems and Applications, John Wiley & Sons, London, 2002. [4] Ismail K.A.R. ve Alves C.L.F., Analysis of the shell-and-tube PCM storage system, Proceedings of the 8 th International Heat Transfer Conference, San Francisco, 1781 1786, 1986. [5] Cao Y. ve Faghri A., A PCM/forced convection conjugate transient analysis of energy storage systems with annular and countercurrent flows, ASME J. Heat Transfer, 113, 37 42, 1991. [6] Cao Y. ve Faghri A., Performance characteristics of a thermal energy storage module: a transient PCM/forced convection conjugate analysis, Int. J. Heat Mass Transfer, 34, 93 101, 1991. [7] Zhang Y. ve Faghri A., Analytical solution of thermal energy storage system with conjugate laminar forced convection, Int. J. Heat Mass Transfer, 39, 717 724, 1996. [8] Zhang Y. ve Faghri A., Heat transfer enhancement in latent heat thermal energy storage system by using the internally finned tube, Int. J. Heat Mass Transfer, 39, 3165 3173, 1996. [9] Ismail K.A.R., Henriquuez J.R., Moura L.F.M. ve Ganzarolli MM, Ice formation around isothermal radial finned tubes, Energy Conversion & Management, 41, 585 605, 2000. [10] Erek A., Phase change around finned horizontal cylinder: a conjugate problem, PhD thesis, İzmir: Graduate School of Natural and Applied Sciences of Dokuz Eylul University, 1999. [11] Erek A., İlken Z. ve Acar M.A., Experimental and numerical investigation of thermal energy storage with a finned tube, Int. J. Energy Res., 29, 283 301, 2005. [12] Erek A., ve Ezan M.A., Experimental and Numerical Study on Charging Processes of an Ice-on- Coil Thermal Energy Storage System, International Journal of Energy Research, 31, 158 176, 2007. [13] Lee A.H.W. ve Jones J.W., Modeling of an ice-on-coil thermal energy storage system, Energy Conversion & Management, 37, 1493 1507, 1996. [14] Kays W.M. ve Crawford M.E., Convective Heat and Mass Transfer, McGraw Hill, New York, 1980. [15] Cao Y. ve Faghri A., A numerical analysis of phase-change problem including natural convection, ASME J. Heat Transfer, 112(3), 812 816, 1990. [16] Patankar S.V., Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, McGraw-Hill, New York, 1980. [17] Lee S.L., A strongly implicit solver for two-dimensional elliptic differential equations, Numerical Heat Transfer, 16, 161-178, 1989. 8