Su esaslı CuO nanoakışkan için plakalı ısı değiştirgecinde performans incelemesi
Performance analysis of water based CuO nanofluids in a plate heat exchanger
Yazar: MUSTAFA SUAT HACISALİHOĞLU
Danışman: PROF. DR. BURHAN ÇUHADAROĞLU
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Çeşitli ısı tekniği uygulamalarında nano-parçacık katkılı akışkanların kullanılması konusunda son yıllarda belirgin bir artış olduğu görülmektedir. Konu ile ilgili literatürden de anlaşılacağı gibi; kısaca nanoakışkan olarak bilinen nano parçacık katkılı akışkanlar, sağlamakta oldukları bazı avantajlar nedeniyle çeşitli ısı transfer sistemlerinde kullanılmaktadırlar. En belirgin özellikleri ısı iletiminde iyileşme olup, ısı transferinin önemli olduğu mikro kanallarda, ısıtma tesisatlarında ve diğer çeşitli alanlarda aracı akışkan olarak klasik akışkanların yerini almaya 
başlamışlardır. Nanoakışkanların, nanoparçacık katkı oranındaki artış ile ana (baz) akışkana göre ısı transfer özelliklerinin iyileşmesine karşın; viskozite değerlerinde artış, özgül ısı değerlerinde düşme olduğu bilinmektedir. Ayrıca, artan çalışma sıcaklığı ile nanoakışkanların ısı iletkenliğinde artışın olduğu ve diğer özelliklerin de sıcaklıktan etkilenmekte olduğu çeşitli çalışmalar sonucunda ortaya konulmuştur. Bu çalışmada; su bazlı ve bakıroksitli (CuO) nanoakışkanın, hacimsel karışım oranına bağlı olarak ısıl iletkenliği, özgül ısı, yoğunluk gibi özelliklerinin yanı sıra mikro-yapı, çökelme süresi, topaklaşma ve katkı etkisi gibi işletme özellikleri incelenmiştir. Ayrıca model bir ısıtma tesisatında yer alan plakalı ısı değiştirgeci üzerinde yapılmış olan ısıl ve hidrodinamik performans incelemesi ile CuO nanoakışkan için yeni korelasyon bağıntıları önerilmiştir. Deneysel 
çalışmaların bir bölümü Karadeniz Teknik Üniversitesinin laboratuvarlarındaki kalibrasyonlu deney düzeneklerinde yapılmıştır. Nanoakışkanlar manyetik bir karıştırıcı ile hazırlanmıştır. Isı iletkenliği ölçümünde Fouirer yasasına uygun olarak çalışan ve dar bir aralıkta tutulan akışkanın farklı ortalama sıcaklıklardaki ısı iletkenlikleri ölçülmüştür. Mikro yapı incelemeleri uygun bir TEM mikroskop altında yapılarak mikro yapıya ait görüntüler üzerinde değerlendirme yapılmıştır. Nanoakışkanların diğer özellikleri çeşitli klasik ölçme yöntemleri ile ölçülmüş ve elde edilen bulgular literatürdeki mevcut bulgular ile karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Nanoakışkan, CuO, Isı değiştirgeci, Korelasyon

Abstract:
In recent years, it is seen that there is a significant increase in usage of the thermal systems with nano-particle fluids. It may be understood from the literature on the subject that the nanoparticle fluids which are known as nanofluids are used in various heat transfer systems due to their advantages. Their most outstanding feature is to enhance heat conduction and they have been replacing by the classical fluids as a working fluid in micro channels, heating installations and other technical applications where heat transfer is important. Although nanofluids enhance the heat transfer by increasing additive ratio of nano-particles compared to base fluids, it is well known that their viscosity increase and specific heat values decrease by increasing additive ratio. In addition, it has been revealed by the studies in the literature that thermal conductivity of nanofluids increases 
with increasing temperature and the other characteristics are also affected by temperature. In this thesis, some thermophysical characteristics of water based CuO nanofluids such as thermal conductivity, specific heat, density are analyzed experimentally as well as micro-structure, suspension time, agglomeration and effects of additives by additive ratio of nano-particles. In addition, the thermal and hydrodynamic performance of a plate heat exchanger in a modeled heating system have also been analyzed and some new correlations have been proposed. Some of 
the experimental studies were performed in the labs of Karadeniz Technical University. The nanofluids were prepared by a magnetic stirrer. The thermal conductivity of the nanofluids were measured by a calibrated experimental apparatus which the nanofluids were kept in a narrow gap. The micro-structure examinations were made under an appropriate SEM microscope and the evaluations were made on the images of the micro-structures. The other properties of nanofluids in the plate exchanger have been measured by various comparative methods and the results are compared to other studies in the literature.

Key Words: Nanofluids, CuO, Heat exchanger, Correlation