NUMERICAL INVESTIGATION OF RADIAL-FLOW PACKED-BED THERMAL ENERGY STORAGE SYSTEMS: EFFECTS OF PARTICLE SIZE, LAYER RATIO AND ASPECT RATIO
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: GÜL NİHAL ASENA GÜRBÜZ DİNÇER
Danışman: Onur Taylan
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez çalışması, radyal akışlı paket dolgulu yapıdaki termal enerji depolama (TED) sistemlerinin termal ve hidrolik davranışlarını sayısal olarak incelemektedir. Sürdürülebilir ve verimli enerji sistemlerine yönelik artan ihtiyaç doğrultusunda, özellikle Yoğunlaştırılmış Güneş Enerjisi (CSP) santralleri ve endüstriyel atık ısı geri kazanım süreçleri ile entegrasyonu hedeflenen TED sistemlerinin tasarım optimizasyonu kritik hale gelmiştir. Çalışmada, gözenekli ortam içerisindeki akış ve ısı transferini doğru şekilde modellemek amacıyla COMSOL Multiphysics yazılımı kullanılarak, iki boyutlu eksenel simetrik geometri altında Yerel Termal Termodinamik Dengesizlik (LTNE) ve Brinkman-Forchheimer modelleri uygulanmıştır. Analizler kapsamında, parçacık boyutu, katman oranı ve boyut oranı gibi temel tasarım parametrelerinin; çıkış sıcaklığı, ortalama yatak sıcaklığı ve basınç kaybı gibi performans göstergeleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Farklı konfigürasyonlar arasında tutarlı karşılaştırmalar yapılabilmesi amacıyla özel olarak geliştirilmiş, Python tabanlı bir gözeneklilik hesaplama aracı da kullanılmıştır. Tek katmanlı ve iki katmanlı sistemler farklı geometrik ve malzeme koşullarında incelenmiştir. Sayısal modelin doğruluğu, literatürde yer alan ve deneysel verileri bulunan radyal TED prototipi ile karşılaştırılarak test edilmiş; %8–13 aralığında değişen hata oranları ile yüksek uyum gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, parçacık çapının 16 mm'den 2 mm'ye düşürülmesiyle çıkış sıcaklığının 10–12 °C, ortalama yatak sıcaklığının ise benzer miktarda arttığını, buna karşılık basınç kaybının tek katmanlı durumda yaklaşık 2 Pa'dan 250 Pa'ya yükseldiğini göstermektedir. İki katmanlı konfigürasyonlarda basınç kaybı katman dağılımına bağlı olarak 1 Pa ile 80 Pa arasında değişmiş; bu koşullarda çıkış sıcaklığında yaklaşık 10 °C, ortalama yatak sıcaklığında ise 15 °C'ye kadar farklılıklar gözlenmiştir. Boyut oranı (aspect ratio) değişimleri de belirgin etkiler yaratmış; 0.6'dan 1.0'a çıkarılması durumunda ortalama yatak sıcaklıkları yaklaşık 20–25 °C azalmış ve ısıl performans düşmüştür. Bu nicel sonuçlar, radyal paket dolgulu TED sistemlerinin geometrik ve parçacık ölçeğindeki parametrelere karşı hassasiyetini ortaya koyarak, ısıl performans ile hidrolik direnç arasındaki dengenin önemini vurgulamaktadır.