Doğal sirkülasyonlu güneş enerjili sıcak su sistemlerinde çekirdek-kabuk yapıda nanoakışkan kullanımının ısı transfer performansına etkisinin incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında her biri çekirdek–kabuk yapısına sahip üç farklı nanoakışkan kullanılarak, bu nanoakışkanların kapalı devre güneş enerji sisteminin performansı üzerine etkileri incelenmiştir. Kullanılan nanoakışkanlar sırasıyla SiO2 kabuk – TiO2 çekirdek, SiO2 kabuk – Fe3O4 çekirdek ve SiO2 kabuk – ZnO çekirdek içeren partiküller ile elde edilmiştir. Baz akışkan olarak su kullanılan nanoakışkanların her üçünün konsantrasyonu da kütlece %2 olacak şekilde hazırlanmıştır. Nanoakışkanların ısıl performansa etkilerini incelemek için birbirinin aynısı iki deney düzeneği hazırlanmıştır. Deney sistemleri düz plakalı kollektöre sahip doğal sirkülasyonlu kapalı devre güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemleridir. Sistemlerden birinde çalışma akışkanı olarak saf su kullanılırken diğerinde nanoakışkanlar sıralı olarak kullanılmıştır. Böylece saf su kullanılan sistemin performansı referans kabul edilerek nanoakışkan kullanımının performans üzerine etkisinin görülmesi amaçlanmıştır. Kollektör giriş sıcaklığı, kollektör çıkış sıcaklığı, yutucu yüzey sıcaklığı, depo sıcaklığı, çevre sıcaklığı, güneş ışınım şiddeti ve rüzgâr hızı gibi parametrelerin zamanla değişimi kayıt altına alınarak iki farklı sistemin sistematik bir şekilde karşılaştırılması sağlanmıştır. Çalışma sonucunda; Fe3O4-SiO2 ve ZnO-SiO2 esaslı nanoakışkan ile performans artışı elde edilirken, TiO2-SiO2 esaslı nanoakışkanla bu artış gözlenememiştir. TiO2-SiO2 esaslı nanoakışkan ile saf su kullanılan sisteme oranla taşınım katsayısında %4.13 azalma, Fe3O4-SiO2 kullanılan sistemde %8.60 artış ve ZnO-SiO2 esaslı nanoakışkan kullanılan sistemde taşınım katsayısında %3.07 artış tespit edilmiştir. TiO2-SiO2 çekirdek-kabuk yapılı nanoakışkanın kullanıldığı kollektörde toplanan ortalama faydalı enerjide saf suya göre %1.97 azalma tespit edilirken, Fe3O4-SiO2 esaslı nanakışkanın kullanıldığı kollektörde saf suya nazaran %16.65, ZnO-SiO2 çekirdek-kabuk yapıdaki nanoakışkanın kullanıldığı kollektörde ise saf suya göre %5.4 artış olduğu görülmüştür. TiO2-SiO2, Fe3O4-SiO2 ve ZnO-SiO2 esaslı nanoakışkanların kullanıldığı sistemlerin ortalama verimlerinde sırasıyla; %4.43 azalma, %16.25 artış ve %7.39 artış olduğu tespit edilmiştir.