Nanopartiküllerin soğutma sistemlerinin performansı üzerine olan etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of nanoparticles on the performance of cooling systems
Yazar: MUSTAFA AKKAYA
Danışman: PROF. DR. TAYFUN MENLİK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez çalışmasında, basit bir soğutma deney düzeneğindeki kompresörde kullanılan çalışma sıvısına; farklı nanopartiküllerin farklı derişimleri eklenerek soğutma sisteminin performansı geliştirilmek istenmiştir. Çalışmada, kompresör yağı olarak POE (Polyol Ester) ve soğutucu akışkan olarak R134a kullanılmıştır. Nanoyağlayıcı oluştururken baz sıvısı olarak POE yağı ve nanopartikül olarak farklı derişimlerde Alüminyum Oksit (Al2O3), Titanyum Dioksit (TiO2) ve Hekzagonal Bor Nitrür (hBN) nanopartikülleri kullanılmıştır. Nanoyağlayıcı hazırlanırken baz sıvısı POE içerisinde, nanopartiküllerin homojen dağılımını sağlamak ve süspansiyonda flokülasyonları önlemek için yüzey aktifleştirici malzemeler kullanılmıştır. Farklı deney grupları için Sodyum Dodesil Benzen Sülfanat (SDBS) ve Triton X-100 (TX-100) yüzey aktif malzemeleri kullanılmıştır. Deneylerde soğutma çevrimi içerisinde kompresör yağı olarak kullanılan nanoyağlayıcılar; çalışma sıvısı POE, %0,5; %1,0; %1,5; %2,0 kütle fraksiyonlarında nanopartikül ve %0,5 kütle fraksiyonunda yüzey aktif malzemeden hazırlanmıştır. Soğutma sistemi farklı deney grupları için 350 gr R134a soğutucu akışkanı ile şarj edilmiştir. Soğutma sisteminde en iyi performans gelişimi, kompresörde saf POE yerine; %1,0 kütle fraksiyonunda hBN nanopartikülü ve %0,5 TX-100 yüzey aktif malzemesi ile baz sıvısı POE karışımından oluşan nanoyağlayıcı kullanıldığında elde edilmiştir. Soğutma çevrimi için soğutma etkinlik katsayısındaki en iyi iyileşme %45,69 olarak belirlenmiştir. Ayrıca aynı konsantrasyondaki nanoyağlayıcı için kompresör güç tüketiminin de %28,69 kadar azaldığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
In this thesis study, it was aimed to improve the performance of the cooling system by adding different concentrations of different nanoparticles into the working fluid used in the compressor in a simple refrigeration experiment setup. In the study, POE (Polyol Ester) was used as compressor oil and R134a was used as refrigerant. While forming nano-lubricant, POE oil as base liquid and Aluminum Oxide (Al2O3), Titanium Dioxide (TiO2) and Hexagonal Boron Nitride (hBN) nanoparticles were used as nanoparticles. While preparing the nano-lubricant, surfactant materials were used in the base liquid POE to ensure homogeneous distribution of nanoparticles and prevent flocculation in suspension. Sodium Dodecyl Benzene Sulphonate (SDBS) and Triton X-100 (TX-100) were used as surfactants for different experimental groups. It is formed from nanoparticles in 0.5%, 1.0%, 1.5%, and 2.0% mass fractions in nano-lubricants used as compressor oil in the cooling cycle in experiments. In addition, surfactant material in 0.5% mass fraction was used in nano-lubricant. The cooling system was charged with 350 g of R134a refrigerant for different experimental groups. The best performance development in the cooling system, rather than the pure POE in the compressor, was obtained using a nano-lubricant consisting of a mixture of 1.0% mass fraction hBN nanoparticle and 0.5% TX-100 surfactant and base liquid POE. Improvement in the cooling efficiency coefficient for cooling cycle was determined as 45.69%. Further, it has been observed that compressor power consumption has decreased by 28.69% for the same concentration of nano-lubricant.