İçerisinde grafen katkılı nanoakışkan ve konik iç eleman kullanılan boruda termohidrolik performans ve entropi üretiminin incelenmesi
Investigation of thermohydraulic performance and entropy generation in a tube with graphene nanoparticle reinforced nanofluid and conical inner ribs
Yazar: ORHAN KEKLİKCİOĞLU
Danışman: PROF. DR. VEYSEL ÖZCEYHAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Entropi üretimi = Entropy generation ; Isı geçişi = Heat transfer

Özet:
Bu tez çalışmasında ısı değiştiricilerinin performansını artırmada kullanılan teknikler
arasında bulunan iç eleman ve nanoakışkan kullanımının, bir ısı değiştiricisi
borusunun termohidrolik performansına ve entropi üretimine olan etkileri deneysel
ve sayısal olarak incelenmiştir. Özgün tasarlanan helisel sarılmış konik iç elemanlar,
iki farklı mesafe oranında (P/D=2 ve 3), ve Iraksak, Iraksak-Yakınsak, Yakınsak
olmak üzere üç farklı boru içi yerleşime sahip olacak biçimde üretilmişlerdir. Üç
farklı su-etilen glikol karışım oranına sahip akışkanların oluşturduğu baz akışkanlar
içerisine, diğer nanopartiküllere oranla yüksek ısıl iletkenlik ve yüksek stabilite
değerleriyle öne çıkan Grafen nanopartikülü, yine üç farklı ağırlık oranında,
%0.5, 0.75 ve 1, eklendikten sonra, oluşturulan nanoakışkan konsantrasyonlarının
termofiziksel özellikleri tespit edilmiştir. Reynolds sayısının 4000-27,000 aralığında
değiştiği deneysel ve sayısal çalışmaların birbiri ile uyumlu olduğu tespit edilmiştir.
Nusselt sayısının hem iç eleman kullanımına hem de nanoakışkan kullanımına bağlı
olarak artış gösterdiği, sürtünme katsayısının iç eleman kullanımına bağlı artış
gösterdiği fakat nanoakışkan kullanımında ise radikal bir değişiklik göstermediği
tespit edilmiştir. Her iki pasif tekniğin tekil performansları, birlikte kullanım
performanslarına göre düşük kalmış, en yüksek termohidrolik performans değerini
%100Su-GnP nanoakışkan-Iraksak-P/D=2 konik iç eleman bileşik konfigürasyonu
6283 Reynolds sayısında 1.72 olarak sağlarken, en düşük boyutsuz entropi üretim
sayısı değeri yine aynı konfigürasyonda 25,451 Reynolds sayısında, 0.42 olarak
gerçekleşmiştir.

Abstract:
In this thesis, the effects of the use of internal ribs and nanofluids, which are
among the techniques used to increase the performance of heat exchangers, on the
thermohydraulics performance and entropy production of a heat exchanger tube
were investigated experimentally and numerically. The specifically designed helically
coiled conical internal ribs were produced in two different distance ratios (P/D = 2
and 3), and have three different tube layouts: Divergent, Divergent-Convergent,
Convergent. Graphene nanoparticle, which stands out with its high thermal
conductivity and high stability values compared to other nanoparticles, with
three different weight ratios, % 0.5, 0.75 and 1 was added in base fluid that
comprises three different water-ethylene glycol mixing ratios, after created nanofluid
thermophysical properties of concentrations were examined. It was determined that
the experimental and numerical studies were compatible with each other for the
Reynolds number varies in the range of 4000-27,000. It was acquired that the Nusselt
number increased depending on both the use of internal ribs and the use of nanofluid,
the friction coefficient increasesd depending on the use of internal ribs, but it did
not show a radical change in the use of nanofluids. The individual performances
of both passive techniques were low compared to their combined use performances,
the highest thermohydraulics performance value was provided by %100 Su-GnP
nanofluid-Divergent-P/D=2 conical internal rib compound configuration as 1.72 in
the 6283 Reynolds number, the dimensionless entropy production number value was
realized as 0.42 for the 25,451 Reynolds number, in the same configuration.