Enerji depolama tankında katılaşma ve erime esnasında doğal konveksiyon ile ısı transferinin sayısal olarak incelenmesi

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Sivas Cumhuriyet Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2014

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: GÖKHAN GÜNHAN

Danışman: AHMET FERTELLİ

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Birçok Avrupa ülkesinde ve Amerika'da elektrik tarifeleri günün saatlerine göre değişkenlik göstermektedir. Soğutma yükünün maksimum olduğu gündüz saatlerinde elektrik pahalı, soğutma ihtiyacının duyulmadığı gece saatlerinde ise daha ucuzdur. Bu durum soğu enerjisinin, gece saatlerinde depo edilip gündüz saatlerinde ise soğutma ihtiyacını karşılamak için kullanılması fikrini ortaya çıkarmıştır. Bu çalışmada, içerisinde su bulunan dikdörtgensel ve bir soğu depolama tankına yerleştirilen silindirlerinin pozisyon etkileri ve sayıları, farklı geometrilerin, buz oluşumuna etkileri ve silindirik tankta soğutucu çapının buz oluşumuna etkilerinin karşılaştırılması amaçlanmıştır. Bunlarla beraber tamamen buz dolu dikdörtgensel bir soğu depolama tankında erime modellenmiştir. Ayrıca tank içeresindeki faz değişim malzemesi olan suyun, başlangıçta farklı sıcaklıklarda olmasının da katılaşmaya olan etkileri incelenmek istenmiştir. Bu amaçla FLUENT paket programı kullanılarak; akış alanının zamana bağlı sayısal çözümü yapılmıştır. Dikdörtgensel tank iki boyutlu olarak modellenmiş ve analizler, akış alanı simetrik olduğundan, tankın yarısı için yapılmıştır. Tank içerisindeki su sıcaklığı 0 °C, 4 °C, 8 °C ve 12 °C olarak alınıp, silindir yüzey sıcaklığı -10 °C kabul edilerek, farklı geometrilerdeki silindir modelleri için, Ab/As oranı (Buz alanı / kesit alanı), sıcaklık dağılımı ve sıvı oranları hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlarda, tüm modellemeler için 900 s, 1800 s, 3600 s ve 7200 s deki sıcaklık ve sıvı oranlarının dağılımları incelenmiştir. Ayrıca farklı silindir düzenlemelerinin katılaşma oranlarının (Ab/As) zamanla değişimi de değerlendirilmiştir. Silindirlerin tankın üst bölgelerine yerleştirilmesi durumunda daha fazla buz oluştuğu gözlenmiştir. Daha dairesel olan silindir, elips ve altıgen modellerinde katılaşma oranlarının birbirine oldukça yakın olduğu görülmüş, üçgensel ve kare gibi keskin köşeli modellerde ise daha az buz oluşumu gözlenmiştir. Dairesel tankta ise soğutucu çapının ısı transferini arttırdığı, katılaşma oranlarında ise ters orantılı olduğu görülmüştür. Bununla beraber düzenlemelerin her birinde; su sıcaklığının 0 °C olması durumunda, katılaşma oranlarının daha büyük olduğu tespit edilmiştir. Erime için yapılan çalışmalarda tek ve iki silindirde silindir yüzey sıcaklığı 4 °C, 7 °C, 15 °C ve 20 °C için çözümlemeler yapılmıştır. Silindir sıcaklığının artmasıyla erime şeklinin yön değiştirdiği ve doğal konveksiyon hareketlerinin şiddetlendiği gözlenmiştir.