Trapez Yutucu Plaklı Bir Havalı Güneş Kolektörünün Deneysel Tasarımı ve Sayısal Analizi

Abstract

Öz Yenilenebilir enerji, özellikle güneş enerjisi eski çağlardan bu yana gıda ve ürün kurutmada önemli rol oynamaktadır. Güneş enerjisi ile kurutmada da her geçen gün verim artırıcı yeni çözümler üretilmektedir. Bunlardan biri de havalı güneş kolektörüleri (HGK) için en iyi çalışma şartların geliştirilmesidir. Bu makalede, özellikle gıda ürünü kurutması için geliştirilen hava ısıtmalı güneş kolektörlerin in hesaplamalı akışkan dinamiği (HAD) analizi sunulmaktadır. HAD analizi ANSYS FLUENT R18.1 ile yapılmıştır. Bu analizde ANSYS FLUENT R18.1'in radyasyon hesaplama arayüzü iletişim kutusu kullanılmıştır. Bu arayüzün özelliği, bir güneş ışını izleme algoritmas ı kullanmasıdır. Bu algoritma ile HGK üzerine düşen ve topladığı ışınımı değeri hesaplanmıştır. HAD analizi Elâzığ iklim koşullarında gerçekleştirilen bir HGK için yapılmıştır. HGK'nın modeli 800 * 1400 *150 mm düz bir plaka olmasına rağmen, güneş emici plaka kısmı trapezdir. Trapez sac güneş emiciliği yüksek (0,95) malzemelerden seçilmiştir ve trapez sacın alt kısmı iyice yalıtılmıştır. HGK'd a 800*1400*4 mm ölçülerinde şeffaf düz cam kullanılmıştır. Kolektör tek geçişli, zorlanmış taşınımlı ve azimut açısına (42° Güney-Doğu) göre sabitlenmiştir. Analizlerde iş akışkanı olarak hava kullanılmıştır. HGK değişen hava debilerinde günün belirli saatlerinde (9.00-10.00-11.00 …-16.00) test edilmiş ve modellenmiştir. Sayısal modelin çözüm ağ yapısı istatistikleri verilmiştir. Analiz zamandan bağımsızdır. Sadece belirli bir saat için analiz gerçekleştirilmiştir. Her saat dilimi için ayrı analiz yapılmıştır. Deney sonuçları sayısal analizlerle karşılaştırılmıştır. Bunun sonucunda sabit HGK için günün bazı saatlerinde Elazığ iklim şartlarının güneşlenme faktörleri belirlenmiştir. HGK içerisinde gerçekleşen hava akış hareketleri ve kolektör üzerindeki sıcaklık dağılımı gösterilmiştir. Sonuç olarak sayısal analiz ile güneş kolektörünün 3 boyutlu (3B) modellemesi gerçekleştirilmiş ve HGK çıkış sıcaklığı için % 1'den az hata ile çözümlenmiştir.

Havalı güneş kolektörünün farklı akış debilerinde ısıl verim değerlerinin sayısal araştırılması

“…Bu çalışmada referans alınan Alıç ve Daş [39] Literatürde birçok araştırmacı çeşitli kolektörler için Re sayısına bağlı sürtünme faktörü eşitliği üretmişler veya çalışmalarında sürtünme faktörünü hesaplamak için bu eşitlikleri kullanmışlardır [41,42,45]. Bu sürtünme faktörü eşitlikleri ile ANSYS FLUENT 18.1'den elde edilen sürtünme faktörü karşılaştırıldığında L=1820 için yapılan analiz için modifiye Filonenko eşitliği sonucunun, L=1400 için yapılan analiz için Modifiye Blasius eşitliği sonucunun uyum içerisinde olduğu görülmektedir.…”

“…Sayısal analizin doğrulaması literatürde yer alan Alıç ve Daş'ın çalışmasıyla gerçekleştirilmiştir [39]. Alıç ve Daş çalışmalarında 800*1400*150 mm trapez yutucu plakalı ve sabit kütlesel hava giriş debisinde HGK kolektörünün deneysel tasarımını ve analizini yapılmışlardır [39]. Bu çalışmanın doğrulaması için önceki Alıç ve Daş 'ın Re=3446 modeli çözülmüş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır [39].…”

“…Alıç ve Daş çalışmalarında 800*1400*150 mm trapez yutucu plakalı ve sabit kütlesel hava giriş debisinde HGK kolektörünün deneysel tasarımını ve analizini yapılmışlardır [39]. Bu çalışmanın doğrulaması için önceki Alıç ve Daş 'ın Re=3446 modeli çözülmüş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır [39]. Sayısal analiz %1'den az hata ile modellenmiştir.…”