Numerical And Experimental Investigation Of Temperature Stratification In The Thermal Energy Storage With Water

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2006Bu çalışmada; güneş enerjisi ile su ısıtma sistemlerinde ısıl enerji depolamak için kullanılan silindirik sıcak su depolama tankı içerisine dairesel plakanın f/H ve g/D oranlarında yerleştirilmesinin ısıl tabakalaşma üzerine etkisi sayısal ve deneysel olarak araştırıldı. Burada H ve D sırası ile tankın yüksekliği ve çapı iken, f, tankın taban yüzeyinden dairesel plakaya olan mesafedir. g ise dairesel plaka üzerine açılan deliğin çapıdır. Tank modeli, ortasına delik açılmış dairesel plakanın değişik f/H ve g/D oranlarında tank içerisine yerleştirilmesi ile dizayn edildi. Depolama tankının içerisine dairesel plaka yerleştirmek sureti ile tankın üst kısmındaki sıcak su ile alt kısmındaki soğuk suyun birbirleri ile karışması önlenerek, ısıl tabakalaşmanın korunması sağlandı. Çalışmada, süreklilik, momentum ve enerji eşitlikleri üç boyutlu zamana bağlı çözüldü. Sayısal çalışmanın geçerliliği deneysel olarak da ispatlandı. Tank içerisindeki sıcaklık dağılımı, tanktan sağlanan kullanım suyunun sıcaklığı, kolektöre giden suyun sıcaklığı ve tank giriş-çıkışları arasındaki su sıcaklığı farkları; çeşitli g/D ve f/H oranlarında şekiller ve grafikler üzerinde zamana bağlı olarak gösterildi. Sonuçlar; tank içerisine yerleştirilen dairesel plakanın ısıl tabakalaşmayı iyileştirdiğini ve engelsiz tank durumuna göre, tanktan sağlanan kullanım suyu sıcaklığını arttırdığını göstermektedir. En iyi ısıl tabakalaşma, dairesel plakanın tank içerisine g/D=0.2 ve f/H=0.133 oranlarında yerleştirilmesi durumunda elde edildi.In this study, effect of f/H and g/D ratios of circular plate placed in a cylindrical hot water storage tank, used for thermal energy storage in water heating system with solar energy, on thermal stratification is investigated numericaly and experimentaly. Here H and D are the height and diameter of the tank, respectively while f is the distance from the bottom surface of the tank to the circular plate and g is also the diameter of the hole on the plate. The tank model is designed by placing a circular plate in the tank with a hole in the center at various f/H and g/D ratios. The circular plate placed in the storage tank provides preserving thermal stratification by preventing to mix cold water at the bottom with hot water at the top of the tank. This analysis is based on unsteady, three dimensional continuity, momentum and energy equations. The numerical study is verified experimentaly. Temperature distribution in the tank, water temperature supplied by the tank, water temperature going to collector and water temperature differences between tank outlet and inlet are shown on the graphics and figures for various f/H and g/D ratios and according to time. The results show that placing circular plate in the tank improves thermal stratification. İt increases the temperature of water supplied by the tank compared to no plate case. As a result, The best thermal stratification is obtained for circular plate placed in the tank at g/D ratio of 0.2 and an f/H ratio of 0.133.DoktoraPh