Üçgen ve yamuk kesitli güneş kolektörlerinin üst yüzeyinden olan ısı kaybının sayısal olarak incelenmesi

Abstract

Kolektörün üst yüzeyinden konveksiyon ile gerçekleşen ısı transferinin doğru olarak hesaplanması kolektör performansının belirlenmesinde önemli bir faktördür ve h=a+bV biçiminde verilen standart eşitlik ile hesaplanmaktadır. Bu eşitlikte konveksiyon ısı transferi katsayısı sadece hıza bağlı olarak ifade edilmektedir. Hâlbuki konveksiyon ile gerçekleşen ısı transferi rüzgâr hızının yanında rüzgârın kolektöre gelme yönü, akışkanın fiziksel özellikleri, kolektörün tipi, kolektörün eğimi gibi parametrelere de bağlıdır. Bu nedenle bu çalışmada binanın çatısına düz olarak yerleştirilmiş üçgen ve yamuk kesitli güneş kolektörünün üst yüzeyinden olan ısı kaybı sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal çalışma ANSYS Fluent 17.0 paket programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kullanılan temel denklemler süreklilik, momentum, enerji ve türbülans modelinden kaynaklanan denklemlerdir. Türbülans modeli olarak k-epsilon realizable türbülans modeli kullanılmıştır. Çalışmada kullanılmış olan parametreler ise kolektör tipi, rüzgâr hızı, rüzgâr yönü, çatı açısı ve ölçeğin etkisidir. Sonuçlar boyutsuz Nusselt sayısının Reynolds sayısı ile değişimi biçiminde ifade edilmiştir. Sayısal çalışma sonuçları literatürde mevcut olan deneysel sonuçlar ile kıyaslanmıştır. Sayısal çalışma sonuçlarının rüzgâr tünelindeki Reynolds sayısı aralığındaki değerlerde deneysel sonuçlar ile uyumlu olduğu görülmüştür. 1:200 ölçek için elde edilen eşitliklerin daha yüksek Reynolds sayılarına ekstrapolasyon yapıldığında doğru sonuçlar elde edilmediği görülmüştür.

Accurate calculation of heat transfer by convection from the top surface of the collector is an important factor in determining the collector performance, and it is calculated by the standard equation given in the form of h=a+bV. In this equation, convection heat transfer coefficient is expressed only in terms of velocity. However, convection heat transfer depends on parameters such as wind direction, physical properties of fluid, collector type, and slope of collector as well as wind velocity. In this study, heat loss from the upper surface of the triangular and trapezoidal section of the solar collector flush mounted on the roof of the building is investigated numerically. Numerical study is performed by using ANSYS Fluent 17.0 software program. The basic equations used are the equations of continuity, momentum, energy, and turbulence. k-epsilon realizable turbulence model is used as the turbulence model. The parameters used in the study are the type of the collector, wind speed, wind direction, roof angle and scale of the collector. Results are expressed as the change of the dimensionless Nusselt number with Reynolds number. Numerical results are compared with the experimental results in the literature. It is seen that numerical results are consistent with the experimental results in the Reynolds number range of wind tunnel. It is also seen that extrapolation of the expressions obtained for 1:200 scale model to full scale gives incorrect results in full scale.