Nanoakışkanların ısı iletim katsayısının ölçülmesi için tasarım geliştirme
Development of a design for measurement the thermal conductivity of nanofluids
Yazar: FATİH ÇÖKMEZ
Danışman: DOÇ. DR. AHMET ÇAĞLAR
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Enerji sorunu, günümüzde hem enerji kayıpları bakımından hem de elde edilen enerjinin verimliliği açısından önemli bir mühendislik problemi olarak karşımıza çıkmaktadır. Endüstri ve günlük yaşamda giderek artan önem kazanan ısıl sistemler, ısı transferinin iyileştirilmesine yönelik çalışmaları teşvik etmektedir. Bu bağlamda, ısı transfer akışkanlarının geliştirilmesine büyük bir ilgi gösterilmektedir. Son yıllarda, geleneksel akışkanların yerine daha yüksek ısıl iletkenliğe sahip olan nanoakışkanlar kullanılmaya başlanmıştır. Ancak, nanoakışkanların kararlılığındaki belirsizlikler nedeniyle ısıl iletkenlik ölçümlerinde çeşitli hatalar ortaya çıkmaktadır. 
Bu çalışma, nanoakışkanların ısıl iletkenliğini ölçmek için yeni bir tasarım geliştirmeyi amaçlamaktadır. Bu yeni tasarım silindirik bakır tüp tasarımıdır. Bu tasarımda ısıl iletkenlik ölçümü, bakır bir borunun etrafına sarılan bir rezistans tel ile ısıtılması sonucu borunun içindeki akışkanın sıcaklığında zamanla meydana gelen değişimin ölçülmesi esasına dayanmaktadır. Çalışmada, nanoakışkanların ısıl iletkenliklerinin ölçümünde yaygın olarak kullanılan Geçici Rejimde Sıcak Tel (THW: Transient Hot Wire) yöntemi ile bu tezde geliştirilen silindirik bakır tüp tasarımı karşılaştırılmıştır. İlk olarak, deney düzeneğinin kalibrasyonu deiyonize su kullanılarak yapılmıştır. Ardından, sentezlenen Fe3O4@ZnO ve Al2O3 nanopartiküllerinden elde edilmiş nanoakışkanın ısıl iletkenlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir.
Sonuçlar, doğal konveksiyon ve ısı kayıplarından dolayı silindirik bakır tüp yönteminin, THW yöntemine göre hata payı daha yüksek çıkmıştır. Silindirik bakır tüp tasarımının tasarımsal iyileştirmeleri sonrasında daha güvenilir hale geleceği ve bu alandaki çalışmalara ve yatırımlara önemli bir katkı sağlayacağı öngörülmektedir. Bu bulgular, nanoakışkanların ısıl iletkenliğinin doğru ölçümü için daha etkili ve maliyet etkin yöntemlerin geliştirilmesine ışık tutmaktadır.

Abstract:
The energy problem is a significant engineering challenge today, both in terms of  energy losses and the efficiency of energy obtained. Thermal systems, which are gaining increasing importance in industry and daily life, are encouraging efforts to improve heat transfer. In this context, there is great interest in the development of heat transfer fluids. In recent years, nanofluids with higher thermal conductivity have started to be used instead of traditional fluids. However, uncertainties in the stability of nanofluids lead to various errors in thermal conductivity measurements.
This study aims to develop a new design for measuring the thermal conductivity of nanofluids. The new design is the cylindrical copper tube design. In this design, thermal conductivity measurement is based on measuring the time-dependent changes in the temperature of the fluid inside the copper tube resulting from heating a resistance wire wrapped around the tube. The study compares the cylindrical copper tube design developed in this thesis with the widely used Transient Hot Wire (THW) method for measuring the thermal conductivity of nanofluids. First, the calibration of the experimental setup was performed using deionized water. Subsequently, thermal conductivity measurements of the nanofluid obtained from synthesized Fe3O4@ZnO nanoparticles were conducted.
The results show that due to natural convection and heat losses, the cylindrical copper tube design has a higher margin of error compared to the THW method. It is anticipated that after design improvements, the cylindrical copper tube design will become more reliable and will make significant contributions to further research and investments in this area. These findings shed light on the development of more effective and cost-efficient methods for accurately measuring the thermal conductivity of nanofluids.