Comsol multiphysics yazılımı kullanılarak güneş enerjili hava ısıtıcısının hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve enerji analizi
Computational fluid dynamics and energy analysis of a solar-powered air heater using comsol multiphysics software
- Tez No: 1014053
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ÖZALP
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Güneş enerjili hava ısıtıcılarının (SAH) performansını iyileştirmek için akış bariyerleri, gözenekli ortamlar, nanoakışkanlar ve termal enerji depolama üniteleri gibi çeşitli yöntemler üzerinde çok sayıda çalışma yapılmış olmasına rağmen, bu iyileştirme stratejilerinin birleşik ve sürdürülebilir bir sisteme entegrasyonu henüz tanımlanmamıştır. Bu tez, genel termal verimliliği artırmak ve çıkış hava sıcaklığını stabilize etmek amacıyla, fotovoltaik (PV) panellerle çalışan bir elektrikli hava ısıtıcısı (EAH) ile güneş enerjili hava kolektörünü (SAC) içeren hibrit bir güneş enerjili hava ısıtma analizini sunmaktadır. Bu modeller, engel şeklinin (düz, trapez ve V- oyuk) ve hava akış hızının (53, 158 ve 317 L/dak) ısı transferi performansı üzerindeki etkisini belirlemek için deneysel ve sayısal çalışmalarda kullanılmıştır. Deneysel kanıtlar, daha düşük hava akış hızlarında, hava ile yüzey arasındaki temas süresinin yüksek olmasından dolayı sıcaklık artışının (ΔT) yüksek olduğunu göstermiştir. Bunun yanı sıra, V-kanal modeli, tüm modellerle kıyaslandığında en yüksek ΔT değerini vermiş ve en iyi kolektör verimliliğini sağlamıştır. Diğer bir faktör, yaklaşık 0,73 civarındaki yüksek hava akış hızlarında absorbe edilen enerji faktörü 𝐹𝑐 (𝜏𝛼) ve ısı kaybı faktörü 𝐹𝑐𝑈'nün küçük olmasıdır; bu durum daha az ısı kaybını ve geliştirilmiş enerji transferini ifade etmektedir. Model III'ün daha iyi termal tasarım özelliği nedeniyle, termal tasarımın ısı emilimi açısından en başarılı olduğu, SAC-EAH hibrit sisteminin daha verimli olduğu ve SAC'nin verimli bir ön ısıtıcı, EAH'nin ise değişen güneş koşullarında kararlı bir termal sistem olduğu belirlenmiştir. Sayısal sonuçlar, en yüksek sıcaklık farkının 53 l/dak'lık bir hava akış hızında V-oluk bariyerlerinde meydana geldiğini göstermiştir. Buna karşılık, giriş ve çıkış arasındaki sıcaklık farkı, kalan modellerde azalmaktadır; çalışma Model II için %11,8 ve Model I için %12,7 oranında düşüş gözlemlenmiştir. Sayısal simülasyonlar, deneysel sonuçları doğrulamakta ve sıcaklık değişim eğilimleri ile yakın bir uyum göstererek sistemin geliştirilmiş termal performansını onaylamaktadır.
Özet (Çeviri)
In this study, Although numerous studies have investigated individual methods to improve the performance of solar air heaters (SAHs), like flow obstructions, porous media, nanofluids, and thermal energy storage units, overall integration of these reinforcement strategies into a unified, sustainable system has yet to be defined. This thesis presents a hybrid solar air heating analysis that includes a solar air collector (SAC) with an electric air heater (EAH) powered by photovoltaic (PV) panels, access to enhance overall thermal efficiency, and stabilize the outlet air temperature. These models were used to experimental and numerical studies to determine the influence of barrier shape (flat, trapezoid and V-groove) and airflow rate (53, 158, and 317 L/min) on the performance of heat transfer using these models. Experimental evidence indicated that at lower airflow rates, an increase in temperature (ΔT) was high because of a high contact time between air and the surface, whereas V-groove model gave out the largest ΔT value and best collector efficiency compared to all the models. Another factor was the absorbed energy factor 𝐹𝑐 (𝜏𝛼) at higher airflow rates of about 0.73 and the heat loss factor 𝐹𝑐𝑈 was small, which signified less heat loss and enhanced energy transfer. It has been seen that due to the better thermal design characteristic of model III, the thermal design is the most successful in terms of the absorption of heat, the hybrid system of SAC-EAH is more efficient, and SAC is an efficient preheater whereas the EAH is a stable thermal system with changing solar conditions. Numerical results showed that the highest temperature difference occurs at the V-groove barriers at an airflow rate of 53 l/min. In contrast, the temperature differential between the input and the outlet decreases across the remaining models, with reduced percentages of 11.8% and 12.7% for the working model II and model I, respectively. Numerical simulations ensured the experimental outcomes, showing close agreement with the temperature variation trends and validating the system's enhanced thermal performance.
Benzer Tezler
- Numerical investigation of radial-flow packed-bed thermal energy storage systems: Effects of particle size, layer ratio and aspect ratio
Radyal akışlı paket dolgulu termal enerji depolama sistemlerinin sayısal incelenmesi: Parçacık çapı, katman oranı ve boyut oranının etkiler
GÜL NİHAL ASENA GÜRBÜZ DİNÇER
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ONUR TAYLAN
- Impact of non-uniform temperature distribution on thermal stress behaviour in energy walls
Enerji duvarlarında homojen olmayan sıcaklık dağılımının termal gerilme davranışı üzerindeki etkisi
MERT GÜNER
Doktora
İngilizce
2025
İnşaat MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. ÖZER ÇİNİCİOĞLU
- A comparative analysis of energy and exergy performance of different PVT collector configurations
Farklı PVT kollektör konfigürasyonlarının enerji ve ekserji performansının karşılaştırmalı analizi
UMUTCAN OLMUŞ
Doktora
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ORHAN BÜYÜKALACA
- Numerical simulation of a coupled geothermal pavementsystem with event-based pump control
Koşula bağlı pompa kontrolü uygulananbirleştirilmiş jeotermal yol yüzeyisiteminin sayısal simülasyonu
ELVAN KESKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
İnşaat MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZER ÇİNİCİOĞLU
- Reactor design, characterization and production of cathode active material via co-precipitation method for lithium ion batteries
Lityum iyon piller için birlike çöktürme yöntemi için reaktör tasarımı, katot aktif malzemesi üretimi ve karakterizasyonu
BARIŞ CEM ALPAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ