Bir Isı Depolama Sisteminin Mekanik Ve Isıl Tasarımı

Abstract

Bu çalışmada, bölge ısıtma sistemlerinde santral ısı arzı ile yerleşim birimi ısı talebi arasındaki uyumsuzluğun önüne geçmek ve santraldaki ısı ve elektrik üretiminde esneklik sağlamak için kurulan ısı depolama sisteminin mekanik ve ısıl tasarım yöntemi elde edilmiştir. Bu yöntemle öncelikle ısı depolama sisteminin tasarım biçimi, tasarım etkenleri ve tasarım girdileri göz önünde bulundurularak belirlenmiştir. Farklı tasarım girdileri için en iyi çözüm farklı tasarım biçimlerinde gerçekleşebilmektedir. Bu çalışmada sıcaklık katmanlaşmalı duyulur ısı depolama biçimi incelenmiştir. Yöntemin ikinci adımında literatürden elde edilen verimlilik tanımı kullanılarak CFD analizi ile ısı depolama tankının en yüksek verimliliği sağladığı ısıl enerji depolayıcı su ortamının boyutları elde edilmiştir. Depolanan ısının kayba uğramaması için tank için yalıtım hesaplamaları da bu adımda gerçekleştirilmiştir. Yöntemin son adımında da ısı depolama tankındaki yük koşulları göz önünde bulundurularak, ısıl enerji depolayıcı su ortamını muhafaza edecek tankın mekanik boyutlandırması gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, sonlu eleman analizi yardımıyla yapılan mekanik boyutlandırmanın izin verilen gerilme ve yer değiştirme sınırları göz önünde bulundurularak etkiyen yüklere karşı dayanıklı olduğu kontrol edilmiştir.

In this study, mechanical and thermal design methodology of a heat storage system is investigated. Heat storage system regulates discordance between heat production of cogeneration plant and head demand of consumer side; and provides flexibility of production between electric and heat production for cogeneration plant. In this methodology, with the input of factors that affect design of heat storage system and initial conditions design type of heat storage is determined firstly. The solution design type will differ for different initial conditions. Secondly, an efficiency definition is determined from literature. by CFD analysis heat storage medium is dimensioned in maximum efficiency. Also, to prevent the heat loss from heat storage tank, insulation of the tank is calculated at this step. At the final step of the design, the mechanical loads acting on the heat storage tank is determined and tank is dimensioned by analytical methods. Also, the dimension of the tank is verified by checking stress and displacement resulted at Finite Element Analysis method according to the allowable limits.