Değişken emici plaka geometrilerinde ve çift akışlı güneşli hava ısıtıcısının tasarımı ve modellenmesi

Bu çalışmada farklı tipte emici plakalara sahip çift akışlı güneş enerjili hava ısıtıcıların deneysel ve sayısal analizi sunulmaktadır. Çalışmada, optimum termal verimliliği belirlemek için ANSYS Fluent yazılımı kullanılmak üç tip emici plaka (düz plaka, trapez plaka ve iki farklı akıştaki U-oluklu plaka) hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analiz yapılacak sonuçlama şümul edilmiştir. Deneysel açışmayaı içeren düz plakalı, u-oluklu plakalı ve trapez plakalı bir güneş enerjili hava ısıtıcısının deneysel araştırması, Irak'ın Bağdat şehrinde açık havada gerçek hava koşullarında test edilmiştir. Oluklu ve düz plâkalı emicilerle birlikte kullanım ak üzere adaptif boyutlarda (100 x 50 x 15 cm) çift akışlar bir güneş enerjili hava ısıtıcı imal edilgi. Kollektörler arasındaki tek ayrım emici plakalardır. Geometri, kesit yüzey alan ve yalıtım malzemeleri dahil olmak üzere diğer tüm öz ellikler aynı kalmıştır. Tüm kolektörler, aynı meteorolojik koşullar ve eğim açıları altında güneşe maruz kalırken aynı hava kütlesi ve akış hızında çalıştılar. Bu çalışma esas olacak, düz plakalı güneş hava ısıtıcısını, sıradan pürüzsüz plaka ve oluklu plakalar gibi çeşitli emici plaka şekilleriyle deneysel ve sayısal olacak analiz etme ve karşılaştırmalı olacak verimlerini ortaya kaymağı amaçlamaktadır. Is transfer alanını arttırmak, elde edilecek güneş enerjili hava ısıtıcısının termal performansını ve buna bağlı olacak akış koşullarına göre sonunda kollektör verimliliğinin artmasını sağlar. Güneş enerjili hava ısıtıcılarının çalışma mekanizmaları genellikle basittir ve ısı transferindeki pasif iyileştirmeler en çok başvurulan yöntemdir. Akış havasının plaka etrafında alt ve üst yüzeyi dolanarak ısı emiliminin sağlanması faydalıdır. Hava, emici plakaların üzerindeki çift akışlı güneş enerjili ısıtıcısıya girer ve hava sıcaklığını mümkün olduğunca maksimum düzeyde artırmak için plakanın arka tarafına geri döner. Testlerde hava giriş hızı için dört farklı değer kullanıldı. Bu değerler 0.5, 1, 1.5 ve 2 m/s olmak üzere hava koşullarındaki minimum ve maksimum adaptif koşulları temsil etmektedir. Nümerik çalışmada, modelin geometrisi SOLIDWORKS 2018 yazılımı kullanılacak oluşturuldu ve ANSYS Fluent Workbench 2020 R2 kullanılarak hesaplamalar yaptırıldı ve simüle edilgi. Deneysel testte, simülasyon kurulumunu doğrulamak ve simülasyonu belirlemek için Nisan 2022 ve Mayıs 2022'de Bağdat'ta birkaç gün boyunca gerçek hava koşullarında çift akışlı bir güneş hava ısıtıcı test edildi ve sistemin termal performansı belirlendi. Sonuçlar; düz plakalı, U-oluklu plakalı ve trapez plakalı güneş enerjili hava ısıtıcısının termal verimliliğinin sabit 0,0046 kg/s değerindeki kütle debisinde sırasıyla %43, %51, ve %54 olduğunu gösterdi. Bununla birlikte, çift akışlı güneş enerjili hava ısıtıcısının termal verimliliği, akışın yönü paralelden karşıt akışa değiştirildiğinde %51'den %56'ya yükseldiği belirlendi. U-oluklu plakalı güneş enerjili hava ısıtıcısının karşıt akışla diğer plakalardan optimum konfigürasyon sağladığı sonucuna varıldı. Ayrıca, yapılan testler, oluklu plakaların kullanılmasının, kollektörlerin verimliliğini ve havanın çıkış sıcaklığını arttırdığını ortaya koymuştur. Deney ve teorik araştırma sonuçlarına göre, aynı çalışma koşulları altında, çift akışlı oluklu i güneş hava ısıtıcısı, çift akışlı ve geleneksel düz plakalı güneş enerjili hava ısıtıcısından termal olarak daha iyi performans gösterir. Düz plaka üzerindeki oluk, emici plaka boyunca iyi bir hava akışı sağlar ve ısı transfer hızını arttırır. Kollektörün akış yöünden ölü bölgelerini en aza indirir ve türbülanslı akış ortamları oluşturur. Hava akışına ters akışlı U-oluklu plaka en iyi modeldir ve 0.0046 kg/s kütle akış hızında termal verimlilik %56 olarak hesaplandı. Aynı kütle akış hızında iken düz plaka için %43, u-oluklu paralel hava akışına için 51% ve trapez plaka 54% değerleri hesaplandı. Ayrıca, sonuçlar ΔT maksimum sıcaklık farkının, 0.0011 kg/s kütle akış hızında hava akışına zıt yöndeki U-oluklu plaka için 51 °C olduğunu göstermektedir. Aynı kütle akış hızında iken düz plaka için 47.4 °C, u-oluklu paralel hava akışına için 48.2 ve trapez plaka için 48.5 °C olarak ölçüldü. Nihai değerlendirme olarak nümerik analiz sonuçlarının ve deneysel sonuçların karşılaştırılmasında termal verimlilik ortalama değerinin %5.7 varyasyonla iyi bir uyum içinde olduğunu göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Güneş kollektörü, Hava Isıtıcı, HAD, Oluklu plaka, Trapez Kanal