Theses supervised by Prof. Dr. Mecit Sivrioğlu
10 theses · Gazi University
Gıda sektöründe enerji verimliliği ve enerji yönetimi: Şeker fabrikası örneği
Bu çalışmada öncelikle gıda sektörlerine genel bir bakış ile enerjinin önemi vurgulanmıştır. Gıda sektöründeki enerji verimliliği için termodinamik kanun verimlilikleri incelenmiştir. Enerji verimliliği ve enerji yönetimi için örnek olarak şeker sektörü ele alınmıştır. Bu sebep ile Türkiye'nin en büyük kuruluşlarından Konya Çumra Şeker fabrikası entegre tesisi çalışmada göz önüne alınarak enerji ve ekserji analizleri uygulanmıştır. Fabrikanın tüm proseslerinin enerji ve ekserji analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca fabrikanın 2008 ile 2011 yılları arasında enerji yönetimi için enerji tüketim miktarları çıkarılmıştır. Bu çalışmalar ışığı altında proseslerde iyileştirme sağlayabilmek için değişik senaryolarla analizler yapılmıştır. Bu senaryolar sonucunda da termoekonomik analizler uygulanmıştır. Bu çalışmalara destek olması açısından SPSS İstatiksel Metottan faydalanılmıştır. Sonuç olarak fabrikanın enerji ? ekserji analiz sonuçlarına göre yapılan termoekonomik analiz ile fabrika karının arttırılabileceği sonucuna ulaşılmıştır.
Boyler destekli vakum tüplü güneş kollektör sisteminin farklı parametrelere göre ekserji analizi
Bu tezde boyler destekli vakum tüplü güneş kollektörünün farklı çalışma debilerindeki enerji ve ekserji analizi, farklı ara akışkanlara göre yapılmış ve değerlendirilmiştir. Sistemin kapalı devre çalışmasında, iki farklı ara akışkan olarak, ısı transfer yağı ve % 40 antifriz-su karışımı kullanılmıştır. Deney sisteminin kapalı devresinde, ara akışkanlar üç farklı çalışma debisinde dolaştırılmıştır. Çalışma debileri 0,277kg/s, 0,383kg/s ve 0,494 kg/s'de gerçekleştirilmiştir. Deney sisteminde, debinin artmasıyla kollektör giriş sıcaklığının arttığı, kollektör sıcaklık farkının (giriş ve çıkış sıcaklık farkı) ve çıkış sıcaklığının azaldığı tespit edilmiştir. Deneyde, debinin artmasıyla sistemin ve kollektörün enerji ve ekserji verimleri artmıştır. Ara akışkan olarak ısı transfer yağıyla yapılan deneylerde, kollektörün enerji ve ekserji verimlerinin, %40 antifriz-su karışımına göre daha iyi olduğu gözlemlenmiştir. Fakat sistem verimi açısından ise %40 antifriz-su karışımı, ısı transfer yağına göre daha iyi bir sonuç vermiştir.
Dikdörtgen kesitli yatay bir kanaldaki kanal boyuna yerleştirilmiş kanatçıklardan karışık konveksiyonlu olan ısı transferine, akışa eğimli yöndeki, levhanın etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Elektronik cihazların çalışmaları sonucunda açığa çıkan atık ısı dışarı atılıp soğuma gerçekleştirilemezse sistemde performans kaybı ve sağlıksız çalışma ortamı meydana gelmiş olur. Bu amaçla sistemlerin ısı transferlerinin sürekli iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, dikdörtgen kesitli yatay bir kanaldaki kanal boyuna yerleştirilmiş kanatçıklardan karışık konveksiyonlu olan ısı transferine akışa eğimli yöndeki levhanın etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Böylece kanatçıkların önüne yerleştirilen eğik plakanın gelen soğuk havayı kanatçıklara yönlendirmesi ve ısı transferinde iyileştirme meydana getirmesi öngörülmüştür. Yapılan bu deneysel çalışmada, Reynolds sayısı laminar akış özelliklerinin görülmesi için Re=2300-1500-250 olarak üç ayrı değerde, Grashof sayısı karışık konveksiyonlu akış şartlarının sağlanması için Gr = 5x107-3x108-5x108-8x108-1x109 beş ayrı değerde, eğik plaka açışı ?= 0?-20?-40?-60? dört ayrı değerde incelenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda eğik plaka açısının artmasıyla ısı transfer katsayısı ve Nusselt sayısında azalma meydana gelmiştir. Bu azalma eğik plakanın kaldırma kuvvetinin etkisiyle yükselen havaya soğutucu akışkanın ulaşmasını engellemesi sonucunda olmuştur.Anahtar Kelimeler : Kanatçık, eğik plaka, ısı transferi, karışık taşınım
Akış kanalları içerisindeki yarı silindirik blokların PEM yakıt pili performansına etkisinin üç boyutlu analizi
Bu tezde, anot ve katot gaz akış kanallarına farklı boyutlarda yarı silindirik engeller yerleştirilerek, tek bir hücreden oluşan proton aktaran membran yakıt pilinin (PEMFC) ANSYS-FLUENT PEMFC modülü kullanılarak analizi yapılmıştır. Analiz sonuçları literatürdeki benzer çalışmalarla karşılaştırılmış ve uyum içinde olduğu görülmüştür.PEMFC iki taraftan oluşmaktadır, bir tarafı anot diğer tarafı katottur. Anot ve katot ise; akım toplama plakası, gaz kanalı, gaz difüzyon tabakası ve katalizör tabakasının bulunduğu dört kısımdan oluşmaktadır. Anot ve katotun arasında membran bulunmaktadır. Anot ve katot gaz difüzyon tabakaları, iki katalizör tabakası ve membran, Membran Elektrot Çiftini (MEÇ) oluşturmaktadır.Fiziksel model anot ve katot gaz kanalları içerisine yerleştirilen farklı yarıçap (r=0,40 ? 0,49 mm) ve sayıdaki yarı silindirik bloklardan oluşmaktadır. Yarıçap ve blokların sayısı, blokların toplam kesit alanı sabit kalacak şekilde seçilmiştir. Bu problemin çözümü için, kütle, momentum, enerji, türler ve faz potansiyelinin korunumu dikkate alınmıştır. ANSYS FLUENT PEMFC modülünde yakıt pili içindeki elektrokimyasal eşitlikler, hidrojenin oksidasyonu ve oksijenin indirgenme hızına bağlı olarak çözülmüştür. İki farklı kalınlık değerinde belirlenen MEÇ için PEMFC modelleri incelenmiştir. Düz gaz akış kanallı PEMFC modeli geometrisi için çalışma basıncının akım yoğunluğuna etkileri bu iki MEÇ (MEÇ-1 ve MEÇ-2) kullanılarak analiz edilmiştir. Bütün incelenen durumlar için sıcaklık şartları, anot ve katot gaz kanalı giriş çıkışlarıyla birlikte yakıt pilinin alt ve üst dış yüzeylerinde sabit olarak alınmıştır.Hız, sıcaklık, hidrojen ve oksijenin kütle kesri dağılımları ile ilgili sonuçlar, ana gaz akış yönünde iki boyutlu olarak sunulmuştur. Ayrıca hidrojenin kütle kesri değişimleri ana akışa dik kesitlerde (giriş, orta ve çıkış) alınan dağılımlarla iki boyutlu olarak incelenmiştir. Analizi yapılan her bir durum için kutuplaşma eğrileri oluşturulmuş ve gaz akış kanallarına konulan engellerin kutuplaşma eğrileri üzerine olan etkileri incelenmiştir.Bu çalışmada ele alınan engelli kanal geometrisi sonuçlarına göre, blokların toplam kesit alanı sabit kalacak şekilde engel sayısı arttırıldığında maksimum akım yoğunluğu değerlerinde %14,5'e varan iyileştirmeler elde edilebilmektedir.Anahtar Kelimeler : PEM yakıt pili, PEMFC, engelleyici blok, polarizasyon eğrileri, sayısal analiz.
Sürdürülebilir binalar için HVAC sistemleri seçimi, tasarımı ve enerji analizi
Türkiye'de enerji tüketiminin büyük bir bölümü binalardan kaynaklanmaktadır. Binalarda yaşayan sistemler olan Elektrik ve Mekanik sistemler; binaların enerji harcayan bileşenleridir. Yapı özellikleri, bu bileşenlerin enerji harcama miktarını büyük ölçüde etkilemektedir. Ancak son yıllarda, özellikle Binalarda Isı Yalıtım Yönetmeliği'nin 2008 yılında yenilenmesi ile birlikte yeni yapılan binaların yalıtımı ve bina kabuğu özellikleri uluslar arası standartlar seviyesine ulaşmıştır. Enerji verimliliği sağlamak amacı ile bina kabuğu özelliklerini iyileştirdikten sonra, çalışan sistemleri iyileştirmek gerekmektedir. HVAC sistemleri binaların enerji harcamasının büyük bölümünü oluşturmaktadır. Bunu engellemek için alınması gereken önlem, bina tasarlanırken hangi HVAC sisteminin daha uygun ve verimli olduğuna karar vermektir. Bu çalışmada, Türkiye'de bu konuda alınan yasal önlemler ve bu önlemlerin tarihçesi incelenmiş, uluslar arası örnekler ortaya konmuştur. Daha sonra Ankara'da inşa edilmesi planlanan bir ofis binası ele alınmış, bu yapı için en uygun HVAC sisteminin bulunması için hesaplamalar yapılmıştır. Bina ısıl yük hesaplamalarında ve ardından yapılan bina enerji simülasyonunda ?Hourly Analysis Program? kullanılmıştır. Bir ofis yapısında uygulanabilecek sistem alternatifleri ele alınmış, bu alternatiflerin enerji harcamaları ortaya konmuştur.
Isı değiştiricisi kullanılmayan ve güneş enerjisi ile çalışan bir su ısıtma sisteminin ekserji analizi
Bu araştırmanın amacı, ısı değiştiricisi kullanılmayan ve içinde inşa edilmiş güneş enerjili su pompası bulunan su ısıtma sisteminin (GESIS) Ekserji Analizini yapmaktır. Çalışmada baz alınan tasarım sistemi, tepe seviyesinde tank yerleştirilmiş 1,58 m2 düzlemsel solar kollektörlerini, aşağı seviyede ısı değiştiricisi ısı içermeyen daha büyükçe su depolama tankını ve su sirkülasyonu kontrolü için tek yönlü vanayı ihtiva etmektedir. 1 ve 2 m `lik deşarj yükleri test edilmiştir. Pompa, 70-90 ºC kollektör sıcaklığını ve 10-18 kPa buhar gösterge basıncında çalışabilmektedir. Solar yoğunluğa ve deşarj yüküne bağlı olarak, GESIS içindeki su sirkülasyonunu değişebilmektedir. Bundan başka, depolama tankında en yüksek su sıcaklığı 59 ºC'dır. Yeni GESIS, 1 m veya daha az deşarj yükü ile evsel kullanım için uygundur. Bina çatısına daha az yük bindirmekte olup sirkülasyon pompasında elektrik enerjisi tasarrufu sağlamaktadır. Hem solar kolektörde, hem depolama tankında; z=1m yükseklik için bulunan solar ışıma ve ekserji değerleri, z=2m için bulunan değerlerden daha büyüktür. Üst tank yüksekliği azaldıkça, sistemdeki su sirkülasyonu daha kolay sağlanmakta, debi değerleri artmaktadır. Buna bağlı olarak sistem verimi de artmaktadır. Yüksekliği değişen üst tankta, potansiyel enerjiden kaynaklanan ekserji kaybı değerleri, toplam ekserji kaybını bulmada en belirleyici etkendir. Ekserji kaybı hesapları yapmak, bir sistemdeki kayıpların kaynaklarını tespit etmek için oldukça faydalı bir yöntemdir.Anahtar Kelimeler: Güneş Enerjisi, Ekserji Analizi.
Yatay bir levha üzerindeki dikdörtgen kesitli kanatçık dizilerinden doğal konveksiyon ve ışıma ile ısı transferinin laminar şartlarda sayısal analizi
Bu çalışmada yatay bir levha üzerine yerleştirilmiş dikdörtgen kesitli kanatçık dizilerinden doğal konveksiyon ve ışıma ile ısı transferi laminar akış şartlarında incelenmiştir. Problemin çözümü için Fluent 6.3 paket programı kullanılmıştır. Kanatçıklar arasında hız, basınç ve sıcaklık dağılımları incelenmiştir. Literatürdeki deneysel sonuçlarla karşılaştırılan sayısal sonuçların, uyum sağladığı belirlenmiştir. Kanatçıkların uzunluğu, yüksekliği, kanatçıklar arası mesafe, basınç, hız ve sıcaklık farkının ısı transferi katsayısına etkileri incelenmiştir. Problemin sayısal çözümünde sıcaklık farkı artışına paralel olarak ısı transfer katsayısının da arttığı görülmektedir. Sabit genişlikteki plaka üzerine yerleştirilen kanatçıkların sayısı azaldıkça (kanatçıklar arası mesafe ?S? arttıkça) ısı transfer katsayısı artmakta, yaklaşık S=12mm'den itibaren de değerler azalmaya başlamaktadır. Işıma ile ısı transfer miktarının toplam ısı transfer miktarı (doğal konveksiyon ve ışıma bir arada) içindeki oranının yaklaşık %12- % 14 civarında olduğu tespit edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Doğal konveksiyon, Isı transferi, Işıma
Ankarakonutlarda en iyi ısıtma ve soğutma sisteminin Türkiye şartlarında araştırılması
20. yüzyılda özellikle teknolojide yaşanan gelişmeler ve enerji kullanımındaki artışla meydana gelen çevre kirliliği, dünyadaki ekolojik dengede geri dönüsü olmayan tahribatlara neden olmaktadır. Kullanılan fosil enerji kaynaklarının çevre kirliliğine neden olmalarının yanında, yakın gelecekte tükenecek olmaları da, insanoğlunun yenilenebilir enerji kaynaklarına olan gereksinimini kaçınılmaz kılmaktadır.Yapılan araştırmalar dünyadaki enerji tüketiminin yaklaşık %42'sinin binalarda kullanıldığını ortaya koymaktadır. Binalarda kullanılan enerjinin yaklaşık yarısının ısı enerjisi olarak kullanıldığı göz önüne alındığında, binaların tasarım özelliklerinin iyileştirilmesinin yanında binalara entegre edilebilecek uygun yenilenebilir enerji kaynaklı ısı sistemleri önem kazanmaktadır. Tüm dünyada üretilen enerjinin temiz enerji kaynaklarından üretilmediği bilindiğine göre binalarda kullanılacak olan yenilenebilir ısı sitemleri dünyadaki çevre kirliliğine karşı alınacak tedbirlerden biri haline gelmektedir. Yapılan Çalışma, Ankara iklim şartları altında yoğuşmalı doğal gaz kazanlara' ısı pompasına ve yüksek verimli merkezi klima tertibatına kıyasla düşünülen alternatif sistemlerin hangisinin uygun maliyetli olacağının araştırtması üzerinden. Ayrıca, belli sistemlerin uygun maliyetli olabilmesi için doğal gaz ve elektrik maliyetlerinin ne kadar değişmesi gerekeceğini araştırılmaktadır. Bir ömür süresince, maliyet analizi yapılmış ve sonuçlar konut için hangi sistemin seçilmesi gerektiğini gölerilmiştir. Elde edilen sonuçlar dikey tip toprak kaynaklı ısı pompasının masrafını en kısa sürede çıkardığını ortaya koymaktadır. Çalışmada ayrıca, maliyet analizine göre seçilmiş sistemin Ankara şartlarında en verimli kullanabilmesi için enerji ve ekserji analizi yapılmış ve bu analize göre önerilerde bulunmuştur.
Toplam inşaat alanı yirmibin metrekareden büyük ticari yapılarda kojenerasyon sisteminin alternatif sistemlerle enerji ve bina maliyeti açısından karşılaştırılması
Toplam inşaat alanı 20000 m2 ve üzerindeki yapılarda kojenerasyon sisteminin uygulanabilirliğinin sorgulanması yasal zorunluluk halini almıştır. Hazırlanmış olan çalışmada bu tanımlara uyan örnek bir bina için iklimlendirme sistem alternatifleri incelenmiş, seçilen dört iklimlendirme sistemin örnek binaya uygulaması yapılmış, çıkan sonuçlar enerji ve ekonomik analizlere tabi tutularak bina için en uygun iklimlendirme sistemi belirlenmiştir. Daha sonra, örnek bina için kojenerasyon sistem seçimi yapılmış, alternatif iklimlendirme sistemleri kojenerasyon sistemiyle bugünkü değer yöntemi kullanılarak karşılaştırılmıştır. Yakıt, elektrik, enflasyon ve faiz oranlarının değişimiyle ortaya çıkabilecek yeni tablolar hassasiyet ve risk analizi yapılarak değerlendirilmiştir.
Laminar karışık taşınım şartlarında akıma paralel kanatçıklar yerleştirilmiş kapalı kanallarda ısı transferinin sayısal ve deneysel incelenmesi
Sistemlerin uygun tasarımı ve güvenli çalısması için ısı transferinin oldukça büyük önemi vardır. Birçok sistemin performansını ve güvenli çalısmasını etkileyen önemli parametrelerden biri, sistemin sıcaklığıdır. Sistemlerde olusan enerjinin tasınım yoluyla dısarıya atılmasında ya da sistemlerin soğutulmasında kanatçık dizilerinden yararlanılmaktadır. Amaç, olabildiğince büyük ısı transfer yüzey alanı kullanarak ısı transferinin iyilestirilmesidir. Bu çalısmada, laminar karısık tasınım sartlarında akıma paralel kanatçıklar yerlestirilmis kapalı kanallarda ısı transferi sayısal ve deneysel olarak incelenmistir. Deneylerde, sabit ısı akısı ısıl sınır sartı ve akıskan olarak hava kullanılmıstır. Deneysel çalısmada Reynolds sayısı aralığı 250