Borularda dönen akışta yüksek viskoziteli nanoakışkanın ısı transferine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of high viscous nanofluid on heat transfer in swirling flow in pipes
Yazar: FURKAN ERMAN KAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET EMİN ARICI
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Isı taşınım problemleri ile ilgili araştırmalar, ısı taşınım katsayısının belirlenmesi ve artırılması amacıyla yapılmaktadır ve bunların ısı transferi katsayısının artırılması amacına yönelik olanları ısı transferini iyileştirme olarak bilinmektedir. Bilinen klasik iyileştirme teknikleri üzerindeki çalışmalar on yıllar önce başlamış ve halen devam etmektedir. Akışkana nanoparçacık ilavesi ile ısı transferinin iyileştirilmesi daha yakın geçmişte başlamış ve yeni bir teknik olarak kabul edilmiştir. Bu tez, söz konusu olan bu iki tekniğin birlikte ele alındığı çalışmadır. Akışın döndürülmesi ve yağ akışkana Al2O3 parçacığı ilavesi sırasıyla klasik teknik ve nanoakışkanlaştırma olarak uygulanan işlemlerdir. Çalışmanın özgünlüğü, klasik bir iyileştirme tekniği ile nanoparçacık ilavesi uygulamasının üstünlüklerinden yararlanılmasıdır. Çalışma sayısal ve deneysel olarak yürütüldü ve sayısal çalışmada boru içerisinde dönmeli akış ve ısı transferi problemi ANSYS FLUENT yazılımı ile çözüldü. Çalışma kapsamında bazı geometrik büyüklükler, hidrodinamik değişkenler ve fiziksel özellikler parametre olarak seçildi. Çalışma bulguları, ısı transferindeki iyileşme ve basınç kaybındaki artışın akış döndürücü elamanın kanatçık geometrisine ve parçacık kütle oranına bağlı olduğunu göstermektedir. En uygun performans 4 kanatçıklı durumda, l* = 0,75r0 kanatçık boyu, 90o burulma açısında, sayısal olarak Re = 800, Pr =400 ve deneysel olarak ise Pe = 105) değerlerinde olduğu görüldü.

Abstract:
Heat convection problem related researches aim to determine and to increase heat convection coefficient, and the heat convection coefficient increment studies are known as the heat transfer enhancement. Works on the known classical enhancement techniques has been initiated before decades and are still on the way. Heat transfer enhancement by means of nanoparticles addition is started relatively in near past and accepted as a new technique. Subject of this thesis is these two techniques under the consideration. Fluid swirling and Al2O3 particle addition to the oil are the classical technique and nanofludization, respectively. Originality of the work is to use the advantage of a classical enhancement technique and to apply the nanoparticle addition. The work was performed in both numerically and experimentally, and the swirling flow and heat transfer problem were solved by ANSYS FLUENT software. Some geometrical quantities, hydrodynamic variables and the physical properties were taken as parameters under the context of the work. Findings of the work show that enhancement in heat transfers and increment in pressure loss depend on the fin angle of the swirl device and the mass fraction of the particles. The best performance was obtained for the case of 4 fins with the length l* = 0,75r0 and swirl angle of 90o at Re = 800, Pr = 400 for the numerical prediction and at Pe = 105 for the experimental investigation.