NANO- FAZ DEĞİŞTİREN MALZEMELERİN TERMAL YAPI ANALİZİ VE ÖRNEK UYGULAMA

Abstract

ÖZET

Ekonomik kalkınmanın hızlı olduğu ülkelerde enerji talebi ve fosil yakıt tüketimi hızla artmaya devam etmektedir. Son yıllarda artan enerji ihtiyacı sebebiyle küresel enerji krizi 1970’lerde olduğu gibi günümüzde tedbir alınması gerekilen seviyeye ulaşmıştır. Bu nedenle enerjinin kullanıma hazır olarak depo edilmesi önemli bir hal almıştır. Bu bağlamda ısıl (termal) enerji depolama, enerjinin korunumu için önemli bir teknolojidir. Enerji tasarrufunun sağlanabilmesi için, son yıllarda yenilenebilir enerji kaynaklarından faydalanarak faz değiştiren maddelerde (FDM) termal enerji depolayan araştırmalar yapılmaktadır. Bu depolama şeklinin ısıtma ve soğutma uygulamaları için uygun olması en önemli avantajlarından biridir. Isıl enerjiyi depolamada en verimli yöntemlerden biri Faz Değiştiren Maddelerin (FDM) kullanımıdır. Isıl enerji depolamada en çok incelenen FDM’lerin başında ise parafin gelmektedir. Enerji depolamada yaygın olarak kullanılan maddelerden parafinin düşük ısıl iletkenliğe sahip olması önemli bir problem olarak ortaya çıkmaktadır. Bu problemi çözme yöntemlerinden biri parafinde nanopartiküllerin kullanılmasıdır. Nanopartiküller yüksek ısıl iletkenliğine sahiptirler.

Bu tez çalışmasında nano-faz değiştiren malzemelerin termal yapı analizi için örnek bir uygulama yapılmıştır. FDM olarak kullanılan parafine kütlece %5 oranında termal iletkenliği yüksek olan Al2O3 nanopartikülü eklenmiştir. Çalışmanın sonunda karışımın erime noktasında %2 artış ve termal enerji depolama kapasitesinde %5,8 oranında düşüş meydana gelmiştir. Ancak katkılama sonucunda parafinin ısı iletim katsayısı %18 oranında artırılmıştır.

ABSTRACT

In countries with rapid economic development, energy demand and fossil fuel consumption continue to increase rapidly. Due to the increasing energy need in recent years, the global energy crisis has reached a level where precautions must be taken, as it was in the 1970s. For this reason, storing energy ready for use has become important. In this context, thermal energy storage is an important technology for energy conservation. In order to achieve energy savings, research has been carried out in recent years to store thermal energy in phase change materials (PCM) by utilizing renewable energy sources. One of the most important advantages of this storage method is that it is suitable for heating and cooling applications. One of the most efficient methods of storing thermal energy is the use of Phase Change Materials (PCM). Paraffin is one of the most studied PCMs in thermal energy storage. The low thermal conductivity of paraffin, one of the materials widely used in energy storage, emerges as an important problem. One of the methods to solve this problem is the use of nanoparticles in paraffin. Nanoparticles have high thermal conductivity.

In this thesis study, an example application was made for the thermal structure analysis of nano-phase changing materials. Al2O3 nanoparticles with high thermal conductivity were added to the paraffin used as PCM at the rate of 5% by mass. At the end of the study, there was a 2% increase in the melting point of the mixture and a 5.8% decrease in the thermal energy storage capacity. However, as a result of doping, the heat conduction coefficient of paraffin was increased by 18%.