Prof. Dr. Hakan Fehmi Öztop danışmanlığındaki tezler
13 tez · Fırat University
Neredeyse sıfır enerjili bir binanın sayısal, deneysel ve termodinamik analizi
Bu tez çalışması kapsamında, neredeyse sıfır enerjili bina konsepti doğrultusunda tasarlanmış ve inşa edilmiş deneysel bir yapının; yarı saydam fotovoltaik (PV), fotovoltaik-termal kolektörler (PV/T) ve faz değiştiren malzeme (FDM) destekli yerden ısıtma sistemleri, sayısal, deneysel ve termodinamik olarak kapsamlı bir şekilde analiz edilmiştir. Araştırmanın temel amacı, entegre yenilenebilir enerji sistemlerinin elektrik ve ısı üretim performansını ortaya koymak, iç ortam konforuna katkısını değerlendirmek ve enerji bağımsızlığı potansiyelini belirlemektir. Sistem, Elazığ ilinde gerçek iklim koşullarında bir yıl boyunca çalıştırılmış; ölçümler beş dakikalık aralıklarla alınmıştır. Elde edilen verilere göre, sistem yıllık 4335.8 kWh elektrik ve 8671 kWh ısıl enerji üretmiş, toplamda 3033 kWh'lik bir enerji tüketimi gerçekleşmiştir. Kış aylarında cephe kaplama sistemine entegre yarı saydam PV paneller sayesinde dış ortam sıcaklığına karşı iç mekânda pasif bir sıcaklık farkı oluşmuş ve bu durum, binanın soğuk iklim koşullarından korunmasını sağlamıştır. Ayrıca FDM destekli yerden ısıtma sistemi sayesinde, geçiş FDM etkisiyle FDM'siz duruma kıyasla iç ortam sıcaklığında 4 °C'ye kadar artış gözlemlenmiş; böylece ek enerji girdisi olmadan güneş destekli ısıtma sağlanabilmiştir. Sistem, yıllık bazda %143 oranında enerji öz yeterliliği sağlamıştır. PV'lerin ortalama enerji verimi %7.45; PV/T sistemin elektrik verimi %13.9, ısıl verimi %35.4, toplam verimi %49.3'tür. Ekserjiye dayalı verimlilikler PV için %6.89, PV/T için elektrik verimi %13.9, ısıl verimi %9.4 olarak hesaplanmıştır. Enerji geri ödeme süresi 3.5 yıl, finansal geri ödeme süresi ise 8.9 yıl olarak belirlenmiştir.
İçerisinde faz değiştiren madde bulunan kademeli olarak değişen kapalı hacimde erime prosesine etki eden parametrelerin sayısal analizi
Enerji depolama konusu son yıllarda büyük önem kazanmıştır. Çünkü enerji depolama ısı ve elektriğin depolanması için enerji verimliliğini, enerji sürekliliğini ve enerji güvenliğini etkileyen en önemli parametredir. Ülkemizin enerji alanında dışa bağımlılığı yüksek seviyede olduğu için, elde edilen enerjinin depolanması önemlidir. Kapalı hacimlerde farklı sıcaklık sınır şartlarına sahip sistemler için, Faz Değiştiren Madde (FDM) kullanılmak suretiyle, enerjinin depolanması soğutma sistemleri, ısıtma sistemleri, ısı değiştiricileri, güneş enerji sistemleri gibi birçok mühendislik uygulamalarında görülmektedir. FDM'nin erime ve katılaşma hızının kontrolü enerji verimliliği açısından incelenmeye değer bir parametredir. Bu tez çalışmasında, mühendislik alanında önemli bir akış modeli olan kademeli basamak akışı içeren FDM ile dolu kapalı bir hacimde erime problemi teorik olarak incelenecektir. Mühendislik uygulamalarında sıklıkla karşılaşılan ve akışı etkileyen keskin kenarlı geometrilerin sayısal olarak incelenmesi ve akış ayrılmasından kaynaklı enerji kayıplarının tespit edilmesi üzerine bir araştırma yapılmıştır. Çalışma, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) paket programında modellenmiş ve sonuçları incelenmiştir. Çalışmanın temel hedefi keskin köşelerin akım çizgili hale getirilerek (streamlined), yeni geometrinin erime hızı üzerindeki etkilerini incelemektir. Bu çalışma, iki farklı fiziksel modelin üç farklı boyutu için farklı sıcaklık sınır şartları üzerinden yürütülmüştür. Fiziksel modelde kullanılan L/H oranları 0.5 ≤ L/H ≤ 2 ve sıcaklık farkı değerleri ise 40 °C ≤ ∆T ≤ 60 °C aralığındadır. FDM olarak paraffin kullanılmıştır ve bu paraffin kademeli olarak değişen cidarlı kapalı hacim içerisinde erime gerçekleştirmektedir. Kademeli basamak akışının alt-üst duvarları yalıtımlı kabul edilmekte ve çalışmalar zamana bağlı olarak gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, akım çizgili hale getirilen fiziksel modelin keskin köşeli modele göre FDM ile ısı enerjisi depolama konusunda ve erime hızının kontrolü açısından ilave enerji gerektirmeksizin bazı avantajlar sağlayabileceğini ortaya koymaktadır. Özellikle erime ve katılaşma kabı tasarımı açısından bu çalışma önem taşımaktadır.
İçerisi faz değiştiren maddeyle dolu kapalı bir sisteme yerleştirilen esnek kanatların enerji depolamaya etkilerinin incelenmesi
Enerji depolama konusu son yıllarda artan enerji maliyetlerinden dolayı oldukça önem kazanmıştır. Özellikle ısı enerjisinin depolanması oldukça zor bir konudur. Bu açıdan bakıldığında yine son yıllarda faz değiştiren maddeler ısı depolama için çözüm yöntemi olarak önerilmektedir. Faz değiştiren maddelerin performansını arttırmak için pasif ısı transferi iyileştirme yöntemleri kullanılabilir. Bu yöntemlerden biri de bu çalışmada incelenen FDM içine yerleştirilmiş esnek kanatlardır. Bu tez çalışmasında, içerisi faz değiştiren maddeyle dolu kapalı bir sisteme yerleştirilmiş esnek kanatların enerji depolama, erime, ısı ve akış parametrelerine etkileri sayısal akışkanlar mekaniği ve ısı transferi teknikleri kullanılarak bilgisayar ortamında simülasyon programı ile sayısal olarak incelenmiştir. Planlanan çalışma için literatür incelendiğinde esnek cisimlerin erime ve katılaşma olayına etkilerini araştıran çalışmalara rastlanmamıştır. Bu açıdan çalışmanın, literatürde önemli bir boşluğu dolduracağına inanılmaktadır. Sonuçlar, içerisi faz değiştiren maddeyle dolu kapalı bir sisteme yerleştirilmiş esnek kanatların ısı enerjisi depolama konusunda ve erime hızının kontrolü açısından ilave enerji gerektirmeksizin bazı avantajlar sağlayabileceğini ortaya koymaktadır.
Duvarlarında faz değiştiren madde bulunan bir veri merkezinde soğutma performansının deneysel olarak incelenmesi
Günümüzde teknolojinin hızla artması ile birlikte veri merkezi ihtiyacı da artmaktadır. Veri merkezleri enerji tüketimi yüksek olan tesislerdir. Bu nedenle veri merkezlerinde enerji tasarrufu ve enerji verimliliği gün geçtikçe önem kazanmaktadır. Faz Değiştiren Maddeler (FDM), ısı depolama ve ısı salınımı yapabilen maddelerdir. Bu tez çalışmasında, Faz Değiştiren Madde ile veri merkezlerinin iç ortam sıcaklığının stabilitesinin korunması amaçlanmaktadır. Bu sayede daha küçük güç değerlerinde çalıştırılan veri merkezlerinde enerji tasarrufu ve enerji verimliliğinin sağlanması beklenmektedir. Bu tez çalışmasında, prototip bir veri merkezi hazırlanmıştır. Sisteme yerleştirilmesi için Laurik Asit (LA), Stearik Asit (SA) ve Undekanoik Asit (UA) kütlece %16, %32 ve %52 olarak karıştırılmıştır. LA-SA-UA'nın termofiziksel özellikleri incelenmiştir. DSC ile ölçülen, LA: SA: UA: LA-SA-UA'nın erime sıcaklıkları ve gizli ısı değerleri sırasıyla 47.13 ℃: 71.9 ℃: 26.82℃: 24.49 ℃ ve 190 J/g: 235 J/g: 178 J/g: 150 J/g bulunmuştur. KD2 Pro ile alınan ısıl iletkenlikleri LA, SA, UA ve LA-SA-UA için sırasıyla, 0.228 W/mK, 0.143 W/mK, 0.201 W/mK ve 0.245 W/mK bulunmuştur. Isı kapasitesi değerleri LA, SA, UA ve LA-SA-UA için sırasıyla 22.15 J/g, 18.82 J/g, 17.2 J/g ve 20.49 J/g bulunmuştur. Sonuçlar LA-SA-UA karışımının enerji depolamada kullanılabilirliğini göstermektedir. Veri merkezinin boş ve FDM'li durumlarını kıyaslamak için sistem içerisinde belirlenen yerlere ısıl çiftler yerleştirilmiştir. Dört farklı hız değerlerinde (5 m/s, 4.45 m/s, 4.25 m/s ve 2.5 m/s) boş ve FDM'li durumları kıyaslanmış. 5 m/s, 4.45 m/s, 4.25 m/s ve 2.5 m/s için Boş-FDM'li sistem süreleri sırasıyla 7800sn-16440sn, 6960sn-14200sn, 5880sn-11900sn ve 4440sn-9360sn olarak ölçülmüştür. Bu çalışmada LA-SA-UA'nın veri merkezinde enerji depoladığı sonucuna varılmıştır.
Enerji depolamalı fotovoltaik güneş panellerinde gölgelendirmenin enerji ve ekserji verimliliği üzerine etkisinin araştırılması
Fotovoltaik paneller güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Son yıllarda fotovoltaik teknolojisi malzeme biliminin gelişmesi ile ilerleme gösterse de birçok enerji kaynağıyla karşılaştırıldığında fotovoltaik panellerin verimleri oldukça düşüktür. Fotovoltaik panellerin verimlerine etki eden birçok parametre vardır. Bunlar; güneş ışınım şiddeti, sıcaklık, gölgelenme, tozlanma, panel eğim açısı ve kablo kayıplarıdır. Bu çalışmada ilk olarak çok kristalli (polikristal) bir fotovoltaik panel üzerine farklı pozisyonlarda ve bu pozisyonlara farklı oranlarda gölgelenmeler uygulanarak gölgesiz bir fotovoltaik panel ile elektriksel performans ve termodinamik analiz karşılaştırılması yapılmıştır. Panel üzerine hücresel, yatay ve dikey pozisyonlarda farklı yüzdelerde gölgelenmeler uygulanmıştır. Hücre sıcaklıkları, dolgu faktörü, güç kayıp oranları, enerji ve ekserji verimleri gibi parametreler bütün durumlar için incelenmiştir. Gölgelenme, sistemin enerji ve ekserji verimlilikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve en önemli etki sistemin yatay gölgelenmesi durumunda gözlemlenmiştir. Maksimum güç kaybı %100 gölgelenme oranında %69,92 hücresel, %66,93 dikey, %99,98 yatay gölgelendirme şeklinde hesaplanmıştır. Fotovoltaik panel sıcaklığı, panelin elektrik enerjisi üretiminde çok önemli bir etkiye sahiptir. Fotovoltaik sistemlerin enerji kazançları, panel sıcaklığı arttıkça azalmaktadır. Çeşitli soğutma yöntemleri uygulanarak enerji kazançları artırılabilir. İkinci bölümde hem fotovoltaik panelleri soğutmak hem de atık ısıyı depolamak için Faz Değiştiren Madde (FDM) kullanılmıştır. FDM'li panelde gölgelenme durumlarının performansa etkisi incelenmiştir. %50 yatay ve %50 dikey gölgelenme durumları FDM'li sistemler için test edilmiştir. FDM olarak kalsiyum klorür hekzahidrat (CaCI2.6H2O) kullanılmıştır. Ortam sıcaklığı 32,9 oC iken FDM'siz sistemin sıcaklığı 44,85 oC, FDM'li sistemin sıcaklığı ise 40,73 oC'dir. Panelin yatay olarak gölgelenmesi durumunda maksimum güç 1,19 W iken FDM'li sistemin güç üretimi maksimum 2,83 W, dikey olarak gölgelenmesi durumunda ise maksimum güç 15,85 W iken FDM'li sistemin güç üretimi maksimum 17,65 W değerine ulaşmıştır.
Biyokütle Katkılı Atıktan Türetilmiş Yakıtların Yanma Davranışlarının İncelenmesi
Ev, hastane ve ofis vb. yerlerdeki insanların günlük yaşamlarını sürdürebilmek için gösterdikleri faaliyetlerin sonucunda meydana gelen, mobilya, boya, pil, gıda atığı, poşet, şişe, kumaş, elyaf gibi atıklardan oluşan heterojen bir yapıya sahip olan atıklara belediye katı atığı denir. Belediye katı atıklarının içerisindeki geri dönüşümü ve yeniden kullanımı mümkün olmayan, poşet, kumaş, elyaf, gibi atıkların belirli işlemlerden geçirilerek yeniden yakıt haline gelmesiyle oluşan yüksek ısıl değere sahip ikincil yakıtlara ise Atıktan Türetilmiş Yakıt (ATY) denir. Bu tez çalışmasında, farklı tarihlerde temin edilen ATY1 (Aralık ayında alınan) ve ATY2 (Haziran ayında alınan), büyükbaş hayvan gübresi, güvercin gübresi ve arıtma çamuru örnekleri kullanılmıştır ve bu örnekler için elementel, kısa, ısıl değer, X-Işını flüoresan (XRF), termal gravimetrik analiz (TGA) ve diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) analizleri yapılmıştır. Uygulanan analizlerde ATY numunelerinden yakıt kalitesi yüksek olan belirlenip onunla kütlece %10, %30 ve %70 oranlarında gübre çeşitleri karıştırılarak yanma karakterizasyonları incelenmiştir. Analizlerde, ATY numuneleri için yakıt kalitesi kıyaslandığında, ATY1 numunesinin daha verimli bir yakıt olduğu gözlemlenmiştir. Bu nedenle, karışımlar ATY1 numunesi ile yapılmıştır. Büyükbaş hayvan gübresi ile yapılan karışımlardan %10 büyükbaş hayvan gübresi katkılı ATY'nin, ATY1 numunesinden bile daha iyi yandığı gözlemlenmiştir. Bu değerin üstündeki karışımlarda ise yanmayı olumsuz yönde etkilediği görülmüştür. Güvercin gübresi-ATY1 karışımında elde edilen verilerden, ATY1'e katılan güvercin gübresinin belirli bir ara değere kadar yanmayı ATY1 numunesinin yanma karekteristiğine yaklaştırdığı, o değerin üstünde ve altında olumsuz etki gösterdiği sonucuna varılmıştır. Arıtma çamuru ile yapılan karışımlarda da güvercin gübresi ile aynı sonuç gözlemlenmiş olup, elde edilen verilerden yanmayı belirli bir ara değere kadar ise ATY1 numunesinin yanma karakteristiğine yaklaştırdığı, o değerin üstünde ve altında olumsuz etki gösterdiği görülmüştür. Sonuç olarak, yakıt karışımlarının yanmayı belirli olumlu belirli oranlarda olumsuz yönde etkilediği ve aylara göre ATY içeriğinin değişmesi sebebiyle yakıt değerleri ve karakterizasyonunun değişimi gözlemlenmiştir.
Farklı sıcaklıklardaki paralel jet akışlarında nanoakışkan ve dönel akışın akış ve ısıl karışım davranışlarının sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Günümüzde enerjinin önemi gün geçtikçe daha da artmaktadır. Enerjiyi daha verimli kullanabilmek çok daha önem arz etmektedir. Dönmeli akışlar ısı transferi gibi önemli konularda pek çok yarar sağlamaktadır. Bu çalışmada, farklı sıcaklıklardaki dönmeli jet akışlarının sınırlandırılmış bir kanal içerisindeki termofiziksel özellikleri deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmanın deneysel kısmı için bir deney seti imal edilmiş ve sayısal kısmı da Large Eddy Simulation türbülans modeli kullanılarak modellenmiştir. Akışkan olarak su ve nanoakışkan kullanıldığı analizlerde dönmeli paralel jet modeli kullanılmıştır. Analizler jetler arası sıcaklık farkı ve momentum oranının fonksiyonu olan altı farklı sınır şartı için yapılmıştır. Deneysel ve sayısal veriler analiz edilirken iki tür yaklaşım uygulanmıştır. Birinci yaklaşımda farklı sıcaklıklardaki jet akışlarının kanal boyunca ısıl karışım davranışları irdelenmiştir. İkinci yaklaşımda ise belirlenen çalışma parametrelerinin dönmeli jetlerin akış davranışları üzerindeki etkileri kapsamlı bir şekilde ele alınmıştır. Sonuçlar, bütün çalışma parametrelerinde dönmeli jetler arası sıcaklık farkı arttıkça ve nanoakışkan derişimi arttıkça ısıl karışımın iyileştiğini göstermiştir. Dönmeli Jet momentum oranları değiştikçe ısıl karışım davranışları önemli değerde değişmiştir. Ayrıca incelenen bir diğer parametrede ise dönme aparatının açısı arttıkça ısıl karışımın veriminin arttığı anlaşılmıştır. Sayısal veriler ile deneysel veriler birbiriyle uyuşmaktadır.
Katı yakıt yakan hareketli ızgaralı kazanların sayısal akışkanlar dinamiği ile analizi
Enerjiye olan ihtiyaç dünya nüfus artışı ile giderek artmaktadır. Artan enerji ihtiyacını karşılamak için en fazla kullanılan kaynaklar fosil yakıtlardır. Fosil yakıtlar içerisinde ise kömür, en geniş kullanım alanına sahiptir. Ancak özellikle endüstrilerde kömürün yanlış yakılması, hava kirliliğine neden olmakta ve atmosfere zarar vermektedir. Bu nedenle kömürden enerji elde edilirken çevreci, ekonomik, verimli yakıtların ve yakıcıların kullanılması gerekmektedir. Düşük kaliteli yakıtları yakan hareketli ızgaralı kazanlar kömürün yüksek ısı transferi ve düşük emisyon ile yanmasını sağlamaktadır. Bu çalışmada, hareketli ızgaralı kazanın sayısal modellemesi, ANSYS yazılımı içindeki FLUENT modülü kullanılarak yapılmıştır. Kazan gerçek çalışma koşullarına uygun şekilde üç boyutlu olarak modellenmiştir. Denklemler zamandan bağımsız olarak çözdürülmüştür. Modelde türbülans modeli olarak standart k-ε türbülans modeli seçilmiştir. Işınım modeli olarak, P1 ışınım modeli kullanılmıştır. Yanma modelinde ise Eddy Dissipation yanma modeli uygulanmıştır. Ayrık faz modeli kullanılarak gaz fazındaki türbülansın katı parçacıkların yörüngelerine olan etkisi göz önünde bulundurulmuştur. Yakıt olarak antrasit, linyit ve turba kömürleri kullanılmıştır. Bu doktora tezi çalışmasın da hareketli ızgaralı bir kazanda farklı kömürler yakılmış, akış, ısı transferi ve emisyon sonuçları verilmiştir. Ayrıca, Mimsan şirketin de faaliyette olan bir hareketli ızgaralı kazan ile karşılaştırılarak doğruluğu teyit edilmiştir.
Çok bileşenli nanoakışkanların üretilmesi ve termofiziksel özelliklerinin belirlenmesi
Yapılan tez çalışmasında hibrit, yani ikiden fazla nano boyutlu parçacık içeren ve yine iki farklı baz akışkan içeren yeni bir nanoakışkan üretilmiştir. Hibrit nanoakışkan hazırlamak için öncelikle Al2O3, ZnO ve TiO2, ve metal oksitlerini içeren üçlü hibrit nanoparçacık üretilmiş daha sonra üretimi gerçekleştirilen hibrit nanoparçacıkların, taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi (EDX), X-ışını toz kırınımı (XRD), Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC), Termogravimetrik Analiz (TGA) analizleri üç farklı numune için ayrı ayrı yapılmıştır. Hibrit nanoparçacık üretiminden sonra üretilen nanoparçacık malzeme ile su-antifiriz bazlı yeni çok bileşenli nanoakışkan üretilmiş hibrit nanoakışkanlar için termofiziksel özellikleri (ısıl iletkenlik, viskozite, yoğunluk, özgül ısı kapasitesi) ölçülmüştür. Elde edilen ölçümler sonucu en yüksek ısıl iletkenliğin (50 °C'de 0,721 W/mK) (Al2O3)+(ZnO)2+(TiO2) hibrit nanaokışkanında olduğu gözlemlenmiştir. Hesaplanan değerlerin regrasyon analizi yapılarak, ısı iletim katsayıları sıcaklığın, yoğunluğu, taban akışkanının hacimsel oranının fonksiyonu olarak ifade edilmiştir. Üç farklı numune için hibrit nanoakışkanların yoğunluk değerlerinin baz akışkanına göre daha yüksek olduğu görülmüştür.
Hareket halindeki ısıtılmış bir küt cisme çarpan nanojet akışının sayısal analizi
Günümüzde dünya nüfusunun artmasına bağlı olarak insan ihtiyaçları hızlı bir yükseliş göstermektedir. İhtiyaçların karşılanması, günlük yaşantımızın büyük bir kısmını oluşturan enerjinin de tüketimini hızlı bir şekilde arttırmaktadır. İhtiyaçların ve enerji tüketiminin artmasına karşın dünya kaynakları azalmaktadır. Bu noktada, ihtiyaç ve tüketimlere bağlı olarak enerjinin verimli, tasarruflu ve zaman yönünden doğru kullanımı gibi terimler önem kazanmaktadır. Bu çalışmada, endüstriyel uygulamalarda sıkça kullanılan işlemlerden birisi olan önceden ısıtılmış veya ısıl işlemden geçmiş belirli sıcaklıktaki bir cismin jetler yardımıyla soğutulması sayısal olarak incelenmiştir. Çalışma, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği paket programında modellenmiş ve sonuçları incelenmiştir. Çalışma üç farklı Reynolds sayısı üzerinden yürütülmüştür. Ayrıca her Reynolds sayısı için iki farklı kanal yüksekliğinde ayrı ayrı incelemeler yapılmıştır Benzetimde sıcak cisim, soğuk jet akışına dik yönde hareket ettirilmiştir. Cismin sıcaklık değişimleri ve akışkan davranışları incelenmiştir. Analizlerde akışkan olarak iki farklı derişim oranına sahip nanoakışkan kullanılmıştır. Reynolds sayısı değerlerinin 30, 60 ve 120 olması durumları incelenmiştir. Böylece farklı Reynolds sayıları, farklı yükseklik değerleri ve farklı akışkan tiplerinin soğutma işleminin üzerine etkisi incelenmiştir. Sonuçlar, 0.02 hacimsel derişim oranına sahip nanoakışkanın kullanılması durumunda, benzetimi yapılan hareketli cismin sıcaklık değerindeki azalmanın zamana bağlı olarak arttığını göstermiştir. Ayrıca kanal yükseklik değerinin azaltılmasının, zamanla cisim ile akışkan arasındaki sıcaklık farkının azalmasına neden olduğu tespit edilmiştir.
Alçı üretimi yapan bir tesisin enerji ekserji ve eksergoekonomik analiz yöntemiyle performansının değerlendirilmesi
Bu tez kapsamında, alçı üretimi yapan bir fabrikada ısıl işlemlerin gerçekleştiriği endüstriyel fırınların termodinamik ve döner fırının sayısal analizleri gerçekleştirilmiştir. Enerji, ekserji ve eksergoekonomik analiz yöntemleri, söz konusu işletmede bulunan perlit patlatma ve döner fırın proseslerine uygulanmıştır. Bu analizlere ilave olarak, döner fırının sayısal analizleri gerçekleştirilmiştir. İşletmedeki perlit fırını, yapılan bir ön analiz ile yeni bir perlit fırını ile değiştirilmiştir. Analizlerde eski ve yeni perlit fırını olarak adlandırılak, elde edilen sonuçlar tartışılmıştır. Eski perlit genleştirme fırınının enerji verimi % 66 iken, ekserji verimi ise % 26 olarak hesaplanmıştır. Yeni perlit fırının enerji verimi % 69, ekserji verimi ise % 37 olarak hesaplanmıştır. Döner fırının enerji verimi % 69 olarak belirlenmiştir. Döner fırının ekserji verimi ise % 16 olarak hesaplanmıştır. Doğal gazın birim ekserji maliyeti, eski perlit fırını için 13.601 $/GJ, yeni perlit fırını için 12.345 $/GJ olarak hesaplanmıştır. Her iki fırına giren yakıt ekserji maliyetleri, sırası ile 57.287 $/h ve 53.651 $/h olarak hesaplanmıştır. Ekserji kavramı temelinde üretim maliyeti, eski perlit fırını için 0.153 $/kg iken yeni perlit için 0.100 $/kg olarak hesaplanmıştır. Eski perlit fırınının eksergoekonomik faktörü % 45 iken, yeni perlit fırınının eksergoekonomik faktörü % 70 olarak hesaplanmıştır. Döner fırında tüketilen doğal gazın birim ekserji maliyeti 13.7606 $/GJ iken, ekserji maliyeti 218.1457 $/h olarak hesaplanmıştır. Döner fırının eksergoekonomik faktörü % 70 olarak hesaplanmıştır. Alçı tozunun üretim maliyeti, 0.03097 $/kg olarak belirlenmiştir. Döner fırının sayısal modellemesinden elde edilen sonuçlar gösteriştir ki, mevcut çalışma koşulları için döner fırın içerisindeki en yüksek sıcaklık 1868.64 K değerine ulaşmıştır. İkinci analizden elde edilen analizler göstermiştir ki, döner fırın içerisindeki en yüksek sıcaklık 2437.77 K değerine ulaşmıştır. Yeni, eski perlit fırınlarının ve döner fırının enerji ve ekserji analizleri göstermiştir ki, analizlerde göz önüne alınan proseslerden yüksek miktarlarda enerji verimliliği sağlanabilir. Ekserji analizlerinden elde edilen bulgular, eksergoekonomik analizden elde edilen bulgular ile de desteklenmiştir. Döner fırının gerçekleştirilen sayısal analizleri ile verimsiz çalışma koşullarında çalıştığı ortaya koyulmuştur.
Fotovoltaik panellere bütünleştirilmiş farklı pasif yöntemlerin sistem verimliliğine etkisinin sayısal ve deneysel analizi
Fotovoltaik paneller güneş ışınlarını absorbe ederek elektrik enerjisi üreten enerji sistemleridir. Bununla beraber güneş ışınlarının elektrik enerjisine dönüşümü sırasında yüksek miktarda atık ısı meydana gelmektedir. Sistem üzerinde oluşan bu sıcaklık ile Fotovoltaik (PV) panellerin ürettikleri akım ve gerilim değerleri arasında doğrusal olmayan bir ilişki mevcuttur. Özellikle sıcak iklim şartlarındaki PV paneller bu ilişkiden daha da olumsuz etkilenerek performansları azalmaktadır. Bu tez çalışmasında da ilk olarak, polikristal hücre yapısına sahip 75 W gücündeki PV panellerin Elazığ iklim koşulları altında hücre sıcaklıkları, çıkış güçleri, güç kayıp oranları ve enerji-ekserji verimleri incelenmiştir. Yapılan deneyler sonunda, PV panellerin akım değerlerinin güneş ışınımından, gerilim değerlerinin ise hücre sıcaklığından ciddi biçimde etkilendiği görülmüştür. Ayrıca, PV panel üzerine yerleştirilen ısıl çiftlerden alınan sıcaklık değerleri karşılaştırıldığında sıcaklığın paneller üzerinde homojen olarak dağılmadığı görülmüştür. Çalışmaların ikinci bölümünde PV paneller kısmi gölgelenmeye maruz bırakılarak güç ve sıcaklık durumlarının analizi incelenmiştir. Gölgeye maruz kalan hücrelerin gölgelenmeye maruz kalmayan diğer hücrelere direnç oluşturarak sıcak nokta (hot spot) oluşumları meydana getirmiştir. Gölgelenen ve gölgelenmeyen PV paneller arasında sıcaklık farkları ve ciddi güç kayıpları oluşmuştur. Üçüncü bölümde ise PV panellere farklı pasif soğutma yöntemleri uygulanarak sistem performansına olan etkileri araştırılmıştır. Pasif soğutma yöntemleri; alüminyum kanatçık, kapalı hücreli alüminyum köpük kanatçık, Faz Değiştiren Malzeme (FDM), Termoelektrik (TE) modül ve hibrit modül (FDM+TE) seçilerek farklı panellere bütünleştirilmiştir. Alüminyum kanatçık modelinde 10 farklı durum incelenmiş ve 7 cm boyunda, 20 cm uzunluğundaki şaşırtmalı dizilim en iyi sonucu vermiştir. Alüminyum köpük kanatçık modelinde, 6 mm ve 10 mm kalınlıklarında ve 5x10 cm boyutlarındaki iki farklı durum analiz edilmiş ve 10 mm kalınlığındaki kanatçıklı model en iyi sonuçları vermiştir. Üç farklı erime sıcaklığında faz değiştiren malzeme seçilerek kendi aralarında karşılaştırılmıştır. Erime sıcaklığı 29,17 oC olan kalsiyum klorür hekzahidrat (CaCl2.6H2O) panel üzerindeki sıcaklığı FDM'ler arasında en fazla düşüren ve en fazla verim arttıran kimyasal olmuştur. Termoelektrik modüller ise PV paneller üzerinde 6 ve 10 adet olmak üzere iki farklı sayıda yerleştirmiştir. İki farklı TE sayısına sahip PV paneller karşılaştırıldığında ise termoelektrik sayısı fazla olan durum en fazla çıkış gücünü arttıran sistem olmuştur.
Enerji depolamalı yeni nesil fotovoltaik/termal kolektörlerin ısıl performanslarının incelenmesi
Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren sistemlere fotovoltaik paneller (PV) adı verilir ve Bu sisteme ek olarak su ve hava ısıtan sistemlere de fotovoltaik/termal sistemler (PV/T) denir.Bu tez çalışmasında; iki tane 150 Watt'lık PV/T kolektör kullanılmıştır. PV/T kolektörlerden bir tanesine faz değiştiren malzeme (FDM) deposu imal edilip deney seti hazırlanmıştır. Elazığ iklim şartlarında ve matematiksel konumu itibariyle güç, ışınım, sıcak su, enerji ve ekserji analizi deneysel olarak yapılmıştır. Çalışmaların birinci bölümünde açının FDM'li PV/T kolektöre ve FDM'siz kolektöre etkisi incelenmiştir. Eğim açıları 25o, 30o, 35o ve 40o kullanıldı. Elazığ iline göre kolektörün güç açısından en uygun açı değeri 30o ve sıcak su çıkışına göre en verimli açı 40o bulunmuştur. Çalışmaların ikinci bölümünde 30o eğimli kolektörlerde üç farklı parametre incelenerek güç, sıcak su, enerji ve ekserji analizleri deneysel olarak yapılmıştır. Fotovoltaik termal sistemler de ısının artması ve gölgelendirme panel verimi üzerinde olumsuz etki yaratmaktadır.