Nanoakışkan kullanarak ve iç eleman yerleştirilmiş düz yatay boruda ısı transferinin Taguchi yöntemi yardımıyla araştırılması
Investigation of heat transfer on a horizontal tube using nanofluid and insert by Taguchi method
Yazar: TOYGUN DAĞDEVİR
Danışman: PROF. DR. VEYSEL ÖZCEYHAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez çalışması sabit ısı akısı ile ısıtılan ve türbülanslı akış şartlarında bir ısı değiştirici borusu üzerinde deneysel olarak ısı transferi iyileştirme çalışmalarını kapsamaktadır. Baz akışkan olarak su ve su-etilen glikol karışımı kullanılmıştır. Deneyler, Reynolds sayısı 6000-23000 arasında gerçekleştirilmiştir. Isı transferi iyileştirme çalışmaları boru içerisine 7 farklı tasarımda bükülmüş levhalar (BL) yerleştirilerek ve baz akışkanlara %0.25, %0.50, %0.75 ve %1.00 olmak üzere 4 farklı ağırlıksal oranlarda (wt) TiO2 nano partikülü katılmasıyla gerçekleştirilmiştir. Bükülmüş levhalar, tipik bükülmüş levha (TBL), delinmiş bükülmüş levha (DBL) ve gamzeli bükülmüş levha (GBL) olmak üzere 3 farklı ana tasarımdadır. BL'lar üzerindeki delik ve gamzeler arası mesafenin büküm uzunluğuna oranı (P/y) 1.00, 0.50 ve 0.25 şeklinde tasarlanmıştır. En yüksek termo-hidrolik performans değeri, içerisine GBL (P/y=0.25) yerleştirilmiş boru çalışmasında, nano partikül ağırlıkça oranı %1.00 olduğu Su-TiO2 nanoakışkanı kullanımında ve Reynolds sayısının 6319 olduğu deneyde elde edilmiştir. Deney sonuçlarının en yüksek ısı transferi katsayısı ve en düşük basınç düşümüne göre optimizasyonu yapılmıştır. Su baz akışkanı için en optimum deney, 0.25 m3/h hacimsel debi, ağırlıkça wt=%1.0 nano partikül kullanımında ve boru içerisine GBL (P/y=0.25) yerleştirildiği konfigürasyonudur. Su-etilen glikol karışımı baz akışkanı için en optimum deney, 1.04 m3/h hacimsel debi, ağırlıkça wt=%1.0 nano partikül kullanımında ve boş boru konfigürasyonudur.

Abstract:
Thesis study includes experimental heat transfer augmentation studies on a heat exchanger tube that is heated under a constant heat flux and turbulent flow conditions. Water and water-ethylene glycol mixture were chosen as a base fluid. The experiments are conducted for Reynolds number between 6000 and 23000. Heat transfer augmentation studies are performed by placing twisted tapes with 7 different designs in the tube and 4 different weight ratios (wt) of TiO2 nanoparticles into the base fluids as 0.25%, 0.50%, 0.75% and 1.00%. Twisted tapes are in three main designs which are typically twisted tape, perforated twisted tapes and dimpled twisted tapes. The ratio of the distance between the holes and dimples on the twisted tapes to the twist length (P/y) is designed as 1.00, 0.50 and 0.25. While the amount of nanoparticle increases in the base fluid in the same Reynolds number increases, the Nusselt number increases and the friction factor does not change. Inserting of twisted tape in the tube causes to increase both the Nusselt number and the friction factor. The highest THP value was obtained by using of dimpled twisted tapes (P/y = 0.25) in the tube, the nanoparticle ratio was 1.00% by weight in the use of water-TiO2 and Reynolds number of 6319. The optimum test configuration for the water base fluid is obtained as volumetric flow of 0.25 m3/h, wt=%1.0 and DTT (P/y=0.25) in the pipe. The optimum test configuration for the water-ethylene glycol mixture base fluid is volumetric flow of 1.04 m3/h, wt=%1.0 and smooth pipe.