Faz değiştiren malzeme ile ısıl depolamanın sayısal modellenmesi
Numerical modeling of heat storage with phase change material
- Tez No: 689551
- Danışmanlar: PROF. DR. GALİP TEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Isı Proses Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Endüstride oluşan atık ısı, güneşin sağladığı doğrudan ısı ve ısı pompalarının avantajlı koşullarda ürettiği ısı enerji kaynaklarından sağlanan ısıl enerjiyi geri kazanmak amacıyla ısıl depolama (ID) sistemlerin kullanımı ve geliştirilmesi, enerji ekonomisi ve çevre değerleri bakımından gün geçtikçe önemi artmaktadır. Faz değiştiren maddenin (FDM) ergime evrelerindeki kinetiğin belirlenmesi, ID sistemlerin ısı tekniği ve ekonomisi yönünden optimum tasarımın gerçekleşmesinde oldukça önemli olduğu düşünüldü. FDM'nin faz değişim sırasında gelişen evreleri, ısı iletim denklemleri ile tanımlanarak incelendi. Türdeş, hareketsiz ve silindir geometrideki katı FDM'nin matematik modeli, silindirik koordinatlarda (r) bir boyutlu, (t) zamana bağlı, homojen olmayan, kararsız, eliptik kısmi türevli diferansiyel denklemle ifade edildi. Ergime evreleri için geliştirilen ısı iletim denklemleri sonlu farklar yöntemi ile sayısal (lineer) biçimde yazıldı. Sayısal notasyonlu denklemler MATLAB\R2017a2 programında kodyazımı ile çözüm algoritmasına dönüştürüldü. Literatürde bilinen bir deneysel çalışmanın termofiziksel ve ısıl koşullarına ait verileri, elde edilen çözüm algoritmasında kullanılarak Matlab'de çözüldü. Çözüm kümesinden elde edilen verilerle ergime oranının zaman göre maksimum–minimum değerleri belirlendi. Burada, toplam ergime süresi, boyutsuz arayüz'ün (S+) ergime evre sayıları, evrelerin bulunduğu konumları, her bir arayüz evresinin ergime süreleri, açığa çıkan ergime ısı enerjileri ve sıcaklık değişimleri, η boyutsuz yarıçapa bağlı sıcaklık değişimleri ve ısı enerji üretimi hesaplandı. Isıl enerjinin değişimi ergime süreci ile birlikte değerlendirildi. (S+)2–(S+)1 arayüz aralığında 0.426 (%46) oranı ile en hızlı ergimenin gerçekleştiği görüldü. (S+)5 arayüz noktasından itibaren ergimenin 1/10.000 oranı kadar yavaşladığı hesaplandı. (S+)3 arayüz noktasında t=0.29 saatte ergimenin 0.86 (%86) oranına ulaştığı bulundu. (β) Boyutsuz ısıl enerji sayısının (η) yarıçap eksenine göre değişiminden elde edilen hesaplara göre optimum ısıl deponun (η7=0.778–0.89) aralığında gerçekleştiği, boyutsuz enerji sayısının ise β=00312 olduğu görüldü. R0=0.01 m yarıçapındaki FDM'nin β=00312 boyutsuz enerji sayısının gerçek enerji karşılığı, 486 J kadar ısı enerjisi olduğu hesaplanarak bu değer kadar ısı enerjisi depolandığı belirlendi. Burada optimum (η;β) koordinatının, optimum ergimenin arayüz evre (S+)3=0.86 sayısına karşılık geldiği anlaşıldı. Böylelikle, hem η boyutsuz yarıçapta, hemde (S+) boyutsuz arayüzde optimum sonuçların birbirine yakın olduğu test edildi. Bu sonuçlara göre, ergime sürecindeki evrelerin davranışına ait sayısal hesapların belirlenmesi, optimum ısıl depo tasarımında belirleyici olduğunu ortaya konuldu.
Özet (Çeviri)
The importance of to develope thermal energy storage (TES) systems in order to recover thermal energy from the sources such as waste heat generated in the industry, direct heat provided by the sun, and heat generated by heat pumps when working at advantageous times, is increasing in terms of energy economy and environmental values nowadays. Determination of the melting phases kinetics of PCM is priority in order to perform an optimum design for TES systems in terms of heat technique and economy. In this thesis, phase change steps of the PCM are defined and analyzed by heat conduction equations. The mathematical model of homogeneous, immobile and cylindrical geometry solid FDM is expressed in cylindrical coordinates (r) with a dimensional, (t) time dependent, inhomogeneous, unstable, elliptical partial differential equation. The developed heat conduction equations for the melting phases were written numerically (linearly) using the finite difference method. Numerical notation equations were converted to solution algorithm by coding in MATLAB \ R2017a2 program. The data of an experimental study whose thermophysical properties and thermal conditions are known were solved in Matlab by using the obtained solution algorithm. The maximum-minimum values of the melting rate over time were determined using the data obtained from the solution set. In this context, the total melting time, the number of melting phases of the dimensionless interface (S+), the locations where the phases are located, the melting times of each interface phase, the melting heat energies and temperature changes that occur, the temperature changes depending on the dimensionless radius (η) and heat energy production were calculated. The change of thermal energy was evaluated with the melting process. The fastest melting was observed at (S+)2–(S+)1 interface as 0.426 (42.6%). It was calculated that the melting slowed down by 1/10.000 after the (S+)5 interface point. It was found that the melting rate reached to 0.86 (86%) at (S+)3 interface point while t = 0.29 hours. According to the calculations obtained from the change of the dimensionless thermal energy number (β) with respect to the radius axis (η), it was observed that the optimum thermal storage took place in the range of (η7=0.778–0.89) while the dimensionless thermal energy number was β = 00312. It was determined that PCM with R0=0.01 m radius stored 486 J real energy equivalent of dimensionless thermal energy number β = 00312. It was understood that the optimum (η; β) coordinate corresponds to the number of interface melting interface (S+)3=0.86. Thus, it wastested that the optimum results are close to each other both in the dimensionless radius (η) and in the dimensionless interface (S+). According to these results, it was revealed that determining the behaviors of the phases in the melting process by numerical methods is priority forthe optimum thermal storage design.
Benzer Tezler
- Faz değiştiren malzeme esaslı termal enerji depolama birim şeklinin ve ısı kaynak yönünün enerji depolama üzerine etkilerinin araştırılması
Evaluation of the melting process in an energy storage unit containing phase change material at different heating powers
SAMED ÇETİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiSivas Cumhuriyet ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜMİT NAZLI TEMEL
- Experimental and numerical analysis of the thermoelectric cooling of photovoltaic panels
Fotovoltaik panellerin termoelektrik ile soğutulmasının deneysel ve sayısal analizi
ALI TALIB DAKHAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
EnerjiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN YAKUT
- Isıl enerji depolamalı yeni bir güneş enerjisi destekli ısı pompasının sayısal ve deneysel analizi
Numerical and experimental analysis of a new solar assisted heat pump with thermal energy storage
MELTEM KOŞAN
Doktora
Türkçe
2021
EnerjiGazi ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA AKTAŞ
- Improving the thermal conductivity of fiber-reinforced concrete panels for exterior facades with phase change materials
Diş cepheler için elyaf takviyeli beton panellerin ısı ı̇letkenliğinin faz değiştiren malzemelerle ı̇yileştirilmesi
YALDA SAFARALIPOUR
Doktora
İngilizce
2023
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ERKAN KARAGÜLER
- Ahşap malzemelerde faz değiştiren maddelerin enerji depolamaya etkisi
The effect of phase change materials on energy storage in wood materials
ÖZGE NUR ERDEYER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Ormancılık ve Orman MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiOrman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ TEMİZ