Havalı Güneş Kolektörlerinde Daralan ve Genişleyen Kanatçık Kullanımının Sayısal Olarak İncelenmesi

Year 2022, , 263 - 271, 30.12.2022

Kamil Neyfel Çerçi , Mehmet Tahir Erdinç

https://doi.org/10.46460/ijiea.1135181

Abstract

Havalı güneş kolektörleri, güneş enerjisinin ısıya dönüşümünde yaygın bir kullanıma sahip olup, bu kolektörlerin termal ve termohidrolik performans parametreleri büyük önem arz etmektedir. Yüksek performans parametrelerine sahip olan kolektör tasarımlarında daha düşük ışınım değerlerinde bile yüksek sıcaklıkta proses havası elde edilebilmektedir. Isı transferi iyileştirmelerinde aktif ve pasif olmak üzere iki farklı yöntem bulunmaktadır. Kolektörde yutucu plaka üzerinde kanatçık ve bölmeler eklenmesi (pasif yöntem) sonucu akışa dik yönde karışımlardan dolayı sınır tabakanın sürekli yenilenmesinin ve plakanın uç noktalarına akışın ulaşması ısı transferini iyileştireceği ve bu durumun kolektörün performans parametrelerini arttıracağı aşikardır. Bu çalışmada, yutucu plaka üzerine bölmeler ile daralan-genişleyen kanatçıklar yerleştirilmesinin termal ve termohidrolik performans üzerine etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Analiz sonuçlarına göre, ortalama en yüksek termal ve termohidrolik verim değerleri C tipi kolektörde elde edilmiş olup, bu değerler sırasıyla %87.21 ve %87.11’dir. En düşük ortalama termal ve termohidrolik verimler ise A tipinde elde edilmiştir ve bu değerler %81.18 ve %81.08’dir. Ayrıca çalışmada farklı debilerden en çok B tipinin etkilendiği termal ve termohidrolik verimlerindeki değişimden görülmektedir. Son olarak çalışma kapsamında en iyi sonuçların elde edildiği B tipi kolektör için tespit edilen sıcak noktalar ve akım çizgileri sunulmuş ve gelecek çalışmalar için bazı önerilerde bulunulmuştur.

Keywords

Havalı güneş kolektörü, termal verim, termohidrolik verim, sayısal analiz.

Supporting Institution

Tarsus Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi

Project Number

MF.21.001 ve MF.21.002

Thanks

Bu çalışma Tarsus Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından MF.21.001 ve MF.21.002 numaralı projeler kapsamında desteklenmiştir. Desteklerinden dolayı Tarsus Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi’ne teşekkür ederiz.

Numerical Investigation of the Use of Converging and Diverging Fins in Solar Air Collectors

Abstract

Solar assisted air collectors are widely used in the conversion of solar energy to heat. The thermal and thermohydraulic performance parameters of these collectors are of great importance. In collector designs with high performance parameters, high temperature process air can be obtained even at lower irradiance values. There are two different methods of heat transfer improvement, namely, active and passive. It is obvious that the continuous regeneration of the boundary layer due to the mixing in the direction perpendicular to the flow as a result of the addition of fins and partitions on the absorber plate (passive method) in the collector and the flow to the end points of the plate will improve the heat transfer. This will improve the performance parameters of the collector. In this study, the effect of placing baffles and converging-diverging fins on the absorber plate on thermal and thermohydraulic performance was numerically investigated. The numerical results show that the average highest thermal and thermohydraulic efficiency values were obtained in the C-type collector, and these values were 87.21% and 87.11%, respectively. The lowest average thermal and thermohydraulic efficiencies were obtained in type A; these values were 81.18% and 81.08%. In addition, it is seen that the changes in thermal and thermohydraulic efficiency that the B type is most affected by different flow rates. Finally, the hot spots and streamlines determined for the B-type collector, where the best results were obtained within the scope of the study, were presented and some suggestions were performed for future studies.

Keywords

Solar air collector, thermal efficiency, thermohydraulic efficiency, numerical analysis

Project Number

MF.21.001 ve MF.21.002

References

• Singh Yadav, A., & Kumar Thapak, M. (2014). Artificially roughened solar air heater: Experimental investigations. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 36, 370–411.
• Khan, M. I., Yasmin, T., & Shakoor, A. (2015). International experience with compressed natural gas (CNG) as environmental friendly fuel. Energy Systems, 6(4), 507–531.
• Khan, M. I. (2017). Falling oil prices: Causes, consequences and policy implications. Journal of Petroleum Science and Engineering, 149(April 2016), 409–427.
• Khan, M. I., Yasmeen, T., Khan, M. I., Farooq, M., & Wakeel, M. (2016). Research progress in the development of natural gas as fuel for road vehicles: A bibliographic review (1991-2016). Renewable and Sustainable Energy Reviews, 66, 702–741.
• Imran Khan, M. (2017). Policy options for the sustainable development of natural gas as transportation fuel. Energy Policy, 110(May), 126–136.
• Olmuş, U., Güzelel, Y. E., Pınar, E., Özbek, A., & Büyükalaca, O. (2022). Performance assessment of a desiccant air-conditioning system combined with dew-point indirect evaporative cooler and PV/T. Solar Energy, 231(September 2021), 566–577.
• Tian, Y., & Zhao, C. Y. (2013). A review of solar collectors and thermal energy storage in solar thermal applications. Applied Energy, 104, 538–553.
• Arunkumar, H. S., Vasudeva Karanth, K., & Kumar, S. (2020). Review on the design modifications of a solar air heater for improvement in the thermal performance. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 39(January), 100685.
• Tchinda, R. (2009). A review of the mathematical models for predicting solar air heaters systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13(8), 1734–1759.
• Hürdoğan, E., Çerçi, K. N., Saydam, D. B., & Ozalp, C. (2022). Experimental and Modeling Study of Peanut Drying in a Solar Dryer with a Novel Type of a Drying Chamber. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization and Environmental Effects, 44(2), 5586–5609.
• Alic, E., Das, M., & Akpinar, E. K. (2021). Design, manufacturing, numerical analysis and environmental effects of single-pass forced convection solar air collector. Journal of Cleaner Production, 311, 127518.
• Esen, H. (2008). Experimental energy and exergy analysis of a double-flow solar air heater having different obstacles on absorber plates. Building and Environment, 43(6), 1046–1054.
• Ozgen, F., Esen, M., & Esen, H. (2009). Experimental investigation of thermal performance of a double-flow solar air heater having aluminium cans. Renewable Energy, 34(11), 2391–2398.
• Hu, J., Sun, X., Xu, J., & Li, Z. (2013). Numerical analysis of mechanical ventilation solar air collector with internal baffles. Energy and Buildings, 62, 230–238.
• Kurtbas, I., & Durmuş, A. (2004). Efficiency and exergy analysis of a new solar air heater. Renewable Energy, 29(9), 1489–1501.
• Akpinar, E. K., & Koçyiĝit, F. (2010). Energy and exergy analysis of a new flat-plate solar air heater having different obstacles on absorber plates. Applied Energy, 87(11), 3438–3450.
• Hu, J., Liu, K., Guo, M., Zhang, G., Chu, Z., & Wang, M. (2019). Performance improvement of baffle-type solar air collector based on first chamber narrowing. Renewable Energy, 135, 701–710.
• Potgieter, M. S. W., Bester, C. R., & Bhamjee, M. (2020). Experimental and CFD investigation of a hybrid solar air heater. Solar Energy, 195(August 2019), 413–428.
• Saydam, D. B., Çerçi, K. N., Hürdoğan, E., & Özalp, C. (2021). İç Bölmelere Sahip Havalı Bir Güneş Kolektörünün Deneysel Olarak İncelenmesi Experimental Investigation of a Solar Air Collector with Internal Baffles. Tesisat Mühendisliği Dergisi, 184, 46–54.
• Erdinç, M. T. (2014). Birbirleriyle bağlantılı daralan ve genişleyen kanallarda akış ve ısı geçişinin sayısal olarak incelenmesi. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Osmaniye, 85.
• Yılmaz, T., & Erdinç, M. T. (2018). Numerical investigation of flow and heat transfer in communicating converging and diverging channels. Journal of Thermal Engineering, 4(5), 2318–2332.
• Kotcioglu, I., Ayhan, T., Olgun, H., & Ayhan, B. (1998). Heat Transfer and Flow Structure in a Rectangular Channel With Wing-Type Vortex Generator. In Tr. J. of Engineering and Environmetal Science (Vol. 22, pp. 185–195).
• Houda, S., Belarbi, R., & Zemmouri, N. (2017). A CFD Comsol model for simulating complex urban flow. Energy Procedia, 139, 373–378.
• Zhang, B., Zhu, J., & Gao, L. (2020). Topology optimization design of nanofluid-cooled microchannel heat sink with temperature-dependent fluid properties. Applied Thermal Engineering, 176, 115354.
• Yildirim, C. (2019). V- Kanatçık Kullanımının Havalı Güneş Kollektörlerinde Termal ve Termohidrolik Verime Etkisinin Parametrik Analizi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34, 23–32.