Abstract
Güneş enerjili hava ısıtıcıları, genellikle düşük ısıl verimliliğe sahiptir. Dolayısıyla bu cihazların performansını artırmak ve uygulamalarını çoğaltmak için birçok araştırma yapılmıştır. Yapılan kapsamlı çalışmalara rağmen, pürüzlülük elemanlarının V-kat levhalı güneş hava ısıtıcılarının soğurucusuna eklenmesinin performans üzerine etkisi incelenmemiştir. Dolayısıyla bu çalışma, 60o V-kat levhalı güneş enerjili hava ısıtıcısının soğurucusuna pürüzlülük elemanlarının (enine ve boyuna uzanan kanatçıklar) eklenmesinin sağlamış olduğu ısıl performans artışını sayısal yaklaşım kullanarak incelemeyi hedeflemektedir. Aynı pürüzlülük elemanlarının düz levhalı güneş hava ısıtıcısına eklenmesi halinde oluşacak etkiyi araştırmak ayrıca amaçlanmıştır. Çalışmada cihazlardan geçen hava akışının üç boyutlu simülasyonunu ve analizini gerçekleştirmek için ANSYS Fluent yazılımı kullanılmıştır. Simülasyonlar üç farklı Reynolds sayısı için yapılmıştır (4000, 8000 ve 12000). Kanatçıkların çıkış hava sıcaklığı, Nusselt sayısı ve sürtünme katsayısı üzerindeki etkileri analiz edilmiş ve tartışılmıştır. Enine ve boyuna kanatçık biçimindeki pürüzlülük elemanlarının eklenmesinin, ısıl performans artışı sağladığı ve V-kat levhalı boyuna kanatçıklı cihazın en yüksek çıkış havası sıcaklığına (315.3 K), bunun yanında düz levhalı enine kanatçıklı cihazın en yüksek Nusselt sayısına (58.4) ulaştığı belirlenmiştir. V-kat levhalı cihaz için, enine kanatçıklar Nusselt sayısını %17 artırırken, boyuna kanatçıklar çıkış sıcaklığında 4 derecelik artış sağlamıştır. Düz levhalı cihaz için ise enine kanatçıklar Nusselt sayısını %26 artırırken, boyuna kanatçıklar çıkış sıcaklığında 2 derecelik artışa neden olmuştur.
Abstract
Solar air heaters (SAHs) generally have low thermal efficiency, hence numerous research has been done to enhance their performance and to widen their applications. Although there has been extensive research on them, adding roughness elements on the corrugations of V-corrugated absorber plate SAHs to enhance their performance have not been investigated. Hence this work is an effort to address this gap by performing a numerical study to investigate the thermal performance enhancement caused by attaching transverse and longitudinal fins on 60o V-corrugated absorber plate SAH. It is also aimed to investigate the effect of same roughness elements on simple flat plate SAH. ANSYS Fluent program was utilized to simulate and analyze the three-dimensional airflow through the SAHs. The simulations were performed for three different Reynolds numbers; 4000, 8000 and 12000. The effects of adding fins on the outlet air temperature, Nusselt number and friction factor were analyzed and discussed. The results indicated that addition of roughness in the form of transverse and longitudinal fins offered enhancement in the thermal performance, leading the corrugated plate-longitudinal fins SAH to achieve the maximum outlet air temperature (315.3 K) and the flat plate-transverse fins SAH to attain the highest Nusselt number (58.4). For the V-corrugated SAH, transverse fins enhanced the Nusselt number by 17% compared to the smooth case, while the longitudinal fins offered 4 degrees increase in the outlet temperature. For the flat SAH on the other hand, transverse fins enhanced the Nusselt number by 26% as compared to the smooth case, while the longitudinal fins resulted in 2 degrees increase in the outlet temperature.
Details
| Primary Language | English |
|---|---|
| Subjects | Mechanical Engineering |
| Journal Section | Research Article |
| Authors | |
| Early Pub Date | May 1, 2023 |
| Publication Date | April 30, 2023 |
| Published in Issue | Year 2023 |