Güneş enerjili sıcak su sistemi kolektöründe nanoakışkan kullanımının sayısal olarak incelenmesi

Abstract

Günümüzde birçok uygulama alanında ısıl iletkenliği temel akışkana göre yüksek olan nanopartiküllerin temel akışkan içerisine belirli bir oranla katılmasıyla elde edilen nanoakışkanların kullanımının araştırılması ilgi çeken bir konudur. Bu uygulama alanlarından biri de güneş enerjisinden sıcak su elde etmede kullanılan güneş kolektörü sistemleridir. Bu çalışmada düzlemsel güneş enerjili sıcak su sistemi kolektöründe su yerine nanoakışkan kullanımı sayısal olarak incelenmiştir. ANSYS Fluent ile gerçekleştirilen sayısal çalışmada ele alınan problemin çözümü için güneş kolektörü içerisindeki akışkan taşıyan boru ve yutucu yüzey üç boyutlu olarak modellenmiştir. Modele uygun ağ yapısı oluşturulduktan sonra tek fazlı yaklaşım ile sonuçlar elde edilmiştir. İlk olarak oluşturulan sayısal model deneysel sonuçlarla doğrulanmıştır. Ayrıca referans alınan deneysel çalışmada bulunmayan farklı parametrelerin araştırılması yapılmıştır. Bu amaca yönelik olarak giriş hızı, ısı akısı ve giriş sıcaklığındaki değişimin kolektör çıkış sıcaklığı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sayısal çalışmada su ve kütlece % 2 konsantrasyona sahip TiO2-SiO2, Fe3O4-SiO2 ve ZnO-SiO2 çekirdek-kabuk nanoakışkanları kullanılmıştır. Akışkanların kolektörden çıkış sıcaklıkları TiO2-SiO2 (NA1) nanoakışkanı için %3.16, Fe3O4-SiO2 (NA2) nanoakışkanı için %3.84 ve ZnO-SiO2 (NA3) nanoakışkanı için % 3.81 hata ile sayısal olarak hesaplanmıştır. Fe3O4-SiO2 (NA2) ve ZnO-SiO2 (NA3) için kolektör giriş ve çıkış sıcaklıkları arasındaki farkın temel akışkana göre arttığı ancak TiO2-SiO2 (NA1) için net bir atış gözlemlenmediği sonucu elde edilmiştir. Artan ısı akısına bağlı olarak giriş-çıkış sıcaklık farkındaki en büyük artış 1000 W/m2 ısı akısı uygulanan durumda 16.48 ℃ ile Fe3O4-SiO2 (NA2) için gerçekleşmiştir. Artan kolektör giriş sıcaklığına bağlı olarak en yüksek kolektör çıkış sıcaklığı 65.61 ℃ ile Fe3O4-SiO2 (NA2) nanoakışkanı için tespit edilmiştir. Tüm akışkanlar için artan kolektör giriş hızıyla kolektör giriş-çıkış sıcaklık farkının düştüğü belirlenmiştir.