Durmuş, AydınKallioğlu, Mehmet Ali2021-02-262021-02-262021-01-152021-01-15Kallioglu, M.A. (2021). Güneş duvarının performansına etkileyen parametrelerin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi. (Yayınlanmamış Doktora Tezi). Batman Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Batman.https://hdl.handle.net/20.500.12402/2604Bu tez çalışması BATÜ-BAP tarafından BTUBAP-2018-DOKTORA-18.015’nolu proje ile desteklenmiştir.Bu tez çalışmasında güneş duvarı sisteminin absorban plakasındaki modifikasyonlarla ısıl performans ve ısıl verim etkisi incelenmiştir. Bu doğrultuda Batman Üniversitesi Batı Raman Kampüsünde kurulan prototipin performansına etkileyen parametreler sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Kurulan model düzeneğinde iki farklı birbirinden bağımsız eş ölçülere sahip (2,05m x 1,95m x 2,33 m) 9,31 metreküp hacminde deney odası ve test odası bulunmaktadır. Bu sayede eş zaman ve iklim koşullarında karşılaştırmalar yapılmıştır. Termal bölge tasarımında kullanılan farklı geometrik özellikteki üç absorban plakanın (düz sac, sinüs oluklu 76/18 trapez sac ve 27/200 trapez sac) hız, sıcaklık, ısı akısı, verim, Nusselt ve Rayleigh değerleri mukayese edilmiştir. Bu karşılaştırma parametreleri birebir ölçekte modellenen hesaplamalı akışkanlar dinamiği paket yazılımında da (ANSYS-FLUENT) geçerlemesi yapılarak birbiyle uyumlu olduğu gözlenmiştir. Deneysel çalışmadan elde edilen Nusselt (Nu) sayısına karşılık Rayleigh (Ra), Grashof (Gr), Prandtl (Pr) ve kanal yükseklik/en (H/e) değerleri kullanılarak açık ve kapalı kanallar için literatürde tanımlanan altı farklı model grubundan lineer ve nonlineer eşitlikler MATLAB-R2019b yazılımın eğri uydurma (Curve Fitting) uygulamasında gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen eşitlikler doğal taşınım da Nusselt hesabı için tanımlanan önceki 18 çalışma ile karşılaştırılmıştır. Hesaplamalar ve çözümlemeler dikey ve paralel levhadaki sabit ısıdaki güneş duvarı modelinde 08:00 ile 18:00 saatleri arasında hesaplanan Rayleigh (Ra) değeri değişimi akış formuna göre Nusselt tahmin değişimleri ifade edilmiştir. Oluşturulan 60 farklı durum için ilk aşamada istatiksel açıdan en iyi uyum modeli oluşturulmuş ikinci aşamada ise ilk eğri uydurmadaki izin verilen katsayı aralıklarında modeller yeniden düzenlenerek literatüre uygun katsayılı eşitlikler geliştirilmiştir. Bu amaçla Rayleigh aralıkları için toplamda 120 farklı matematiksel eşitlik oluşturulmuştur. Geliştirilen toplam eşitliklerin ortalama determinasyon katsayısı değeri 0,9130 seviyesindedir. Tüm bu yapılan analizlerle sistemin performansı arttırılmasına yönelik bulgular elde edilmiştir.This thesis study aimed the thermal performance and thermal efficiency of the solar wall system by modifications at the absorbent plate. Accordingly, parameters that affect the performance of the prototype in Batman University Batı Raman Campus were numerically and experimentally analyzed. There were two different and independent of each other test room and experiment room with equal dimensions (2.05 m x 1.95 m x 2.33 m) with a volume of 9.31 cubic meter on the model mechanism established. By this means, comparisons at the same time, and climatic conditions were performed. Velocity, temperature, heat flux, efficiency, Nusselt and Rayleigh values of three absorbent plates with different geometric properties (flat sheet, 76/18 trapezoidal sheet with sinus corrugation and 27/200 trapezoidal sheet) used in thermal zone design were compared. It was also observed and confirmed in computational fluid dynamics package software (ANSYS-FLUENT) that those comparison parameters that were modeled at a one-to-one scale were compatible with each other. Linear and nonlinear equalities that are from six different model groups that are defined in literature for open and closed channels by using Rayleigh (Ra), Grashof (Gr), Prandtl (Pr), and H/e values in response to Nusselt (Nu) number of the experimental study were performed in Curve Fitting application of MATLAB-R2019b software. The related equations are compared with the previous 18 studies defined for the Nusselt calculation in natural convection. Calculations and observations were divided into three regions based on Rayleigh (Ra) value change flow form that is computed between 08:00 and 18:00 in constant temperature solar wall model in the vertical and parallel plate to mention more consistent Nusselt estimation changes. In the first stage, the statistically best harmonic model was established for 24 different situations; in the second stage, models that are in permitted coefficient ranges in the first curve fitting were rearranged to developed equalities with coefficients fir for literature. This is because there were established 48 different mathematical equalities for four different Rayleigh ranges. The average determination coefficient of the developed total equations is at the level of 0.9130. Findings toward increasing the system performance were obtained via all these analysesİÇİNDEKİLER ÖZET iv ABSTRACT v TEŞEKKÜR vi İÇİNDEKİLER vii TABLOLAR LİSTESİ x ŞEKİLLER LİSTESİ xii SİMGELER xxii KISALTMALAR xxvi 1. GİRİŞ 1 1.1 Amaç ve Kapsam 5 1.2 Deneysel Konumun Meteorolojik Özellikleri 6 1.2.1 İklim Sınıflandırması 6 1.2.2 Sıcaklık Değerleri 11 1.2.3 Işınım Değerleri 14 1.3 Deneysel Konumun Arazi Özellikleri 17 1.3.1 Yüzey Albedo Değerleri 17 1.3.2 Optimum Azimut Değeri 20 1.4. Pasif İklimlendirme 22 1.4.1. Enerji Dengesi Parametreleri 24 1.4.2. Işınım 26 1.4.2.1 Panel Üzerine Düşen Işınım Hesabı 28 1.4.3. Doğal Taşınım 35 2. KAYNAK ARAŞTIRMASI 39 2.1. Güneş Cephesi Literatür Çalışması 39 2.2. Doğal Taşınım Literatür Çalışması 58 2.2.1 Açık Kanal 58 2.2.2. Kapalı Kanal 65 3. MATERYAL VE YÖNTEM 68 3.1. Deneysel Çalışma 68 3.1.1 Deneysel Malzemenin Özellikleri 69 3.1.1.1 Duvar Bileşeni 70 3.1.1.2 Saydam Örtü 71 3.1.1.3 Absorban Plaka 73 3.1.1.4 Damperli Lineer Menfez 74 3.1.2 Güneş Duvarı Modelinin Kurulum Aşamaları 76 3.1.3. Deneysel Ekipmanlar 82 3.1.3.1. Solar Meter SM206 Güneş Işınımı Ölçer 82 3.1.3.2. Extech Intruments EN300 Anemometre 83 3.1.3.3. K-Tipi Termokupl Sıcaklık Ölçer 84 3.1.3.4. Cem-DT-186 Hava Hızı Ölçer 85 3.1.3.5. Elimko 680 Datalogger 86 3.1.4. Ölçüm Noktaları 87 3.1.5. Hata Analizi 96 3.2. Matematiksel Hesaplamalar 98 3.2.1. A Noktası Enerji Dengesi 100 3.2.2. B Noktası Enerji Dengesi 100 3.2.3. C Noktası Enerji Dengesi 102 3.2.4. D Noktası Enerji Dengesi 104 3.2.5. Havanın Termodinamik Özellikleri 105 3.3. Bilgisayar Destekli Mühendislik (CAE) 105 3.3.1 Hesaplamalı Akışkanla Dinamiği (HAD) 106 3.3.2 Akışkanlar Mekaniği Prensipleri 109 3.3.2.1 Genel Denklemler 110 3.3.2.2 Türbülans Modeli 111 3.3.2.3 Bousineq Yaklaşımı 112 3.3.3 Model Simülasyonu 115 3.3.3.1 Yazılım-Donanım 118 3.3.3.2 Geometri 118 3.3.3.3 Mesh 119 3.3.3.4 Sınır Koşulları 122 3.3.4 Çözüm Aşamaları 123 3.4. İstatistiksel Analiz Metotları 130 3.4.1.Bağıl Hata Yüzdesi (e %) 130 3.4.2 Hata Kareler Toplamı (SSE) 131 3.4.3 Belirlilik (Determinasyon) Katsayısı (R2) 131 3.4.4 Ortalama Hata Kareleri Kökü (RMSE) 131 4. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA 132 4.1. Güneş Duvarı Modelinin Deneysel Sonuçları 132 4.1.1 Düz Panel Sonuçları 132 4.1.2 27/200 Trapez Sac 139 4.1.3 Sinüs Oluklu 76/18 Trapez Sac 145 4.2. Deneysel Karşılaştırma 151 4.3. Geliştirilen Boyutsuz Parametreler 159 4.3.1 Düz Panel 160 4.3.1.1 Rayleigh-Nusselt (1x108≤ Ra ≤14 x108) Sonuçları 160 4.3.1.3 Rayleigh-Nusselt (14 x 108 ≤ Ra ≤ 30 x 108) Sonuçları 164 4.3.1.4 Rayleigh-Nusselt (30 x 108 ≤ Ra ≤ 40 x 108) Sonuçları 168 4.3.1.1 Rayleigh-Nusselt (1 x 108 ≤ Ra ≤ 40 x 108) Sonuçları 171 4.3.2. Trapez Panel 175 4.3.2.1 Rayleigh-Nusselt (0,5 x 108 ≤ Ra ≤ 47 x 108) Sonuçları 176 4.3.2.2 Rayleigh-Nusselt (0,5 x 108 ≤ Ra ≤ 15 x 108) Sonuçları 179 4.3.2.3 Rayleigh-Nusselt (15 x 108 ≤ Ra ≤ 47 x 108) Sonuçları 183 4.3.3 Sinüs Panel 186 4.3.3.1 Rayleigh-Nusselt (0,9 x 108 ≤ Ra ≤ 48 x 108) Sonuçları 187 4.3.3.2 Rayleigh-Nusselt (0,9 x 108 ≤ Ra ≤ 15 x 108) Sonuçları 190 4.3.3.3 Rayleigh-Nusselt (15 x 108 ≤ Ra ≤ 48 x 108) Sonuçları 193 4.3.4 İstatiksel Sonuçlar 197 4.4. HAD Sayısal Model Sonuçları 201 4.4.1 Sıcaklık 201 4.4.2 Hız 206 4.4.4 Nusselt 212 4.4.4 Isı Akısı 213 4.5 Optimum Panel Eğim Açısı 218 4.6 Geliştirilen Korelasyonlar 220 4.6.1 Düz Panel Eğrileri 220 4.6.2 27/200 Trapez Panel Eğrileri 223 4.6.3 Sinüs Oluklu 76/18 Trapez Panel Eğrileri 225 5. GENEL SONUÇLAR VE ÖNERİLER 228 5.1. Genel Sonuçlar 228 5.2. Öneriler 234 KAYNAKLAR 236 EKLER 246 ÖZGEÇMİŞ 304trinfo:eu-repo/semantics/openAccessAttribution-ShareAlike 3.0 United StatesGüneş DuvarıEnerji VerimliliğiHesaplamalı Akışkanlar DinamiğiNusseltBinaSolar WallEnergy EfficiencyComputational Fluid Dynamics (CFD)NusseltStructureDoctoral Thesis