Nanoakışkan akışının ve ısı transferinin tek ve çift faz metotlarıyla sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of nanofluid flow and heat transfer by single phase and two phase methods
Yazar: GÜRCAN KAMACI
Danışman: DOÇ. DR. FİLİZ ÖZGEN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı / Termodinamik ve Isı Tekniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Nanoakışkanların elde edilmesi ve bozucu etkilerden doğru şekilde izole edilmiş sağlıklı bir deney düzeneği oluşturma maliyetlerinin yüksek olması; nanoakışkanların ısı transferi üzerine etkilerini araştırma konusunda sayısal modellemeye olan ihtiyacı doğurmuştur.  Bu nedenle deneysel çalışmalar kadar sayısal çalışmaların da güvenilirliği ve sonuçların daha isabetli olması önemlidir. Bu çalışmada, referans deneysel veriler seçilerek, deneysel çalışma, uygulama parametreleri ve sınır şartları ile birlikte, ANSYS Fluent hesaplamalı akışkanlar mekaniği paket programında gerçek sistemlere yakın bir şekilde modellenmiştir. Deneysel uygulama parametreleri ve etkileri referans olarak kabul edilerek, tek faz ve iki faz yaklaşımlarıyla sayısal olarak analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, Tek Faz Brown modeli ile yapılan analiz sonuçlarının, deneysel verilere en yakın ortalama ısı taşınım katsayısı değerini verdiği görülmüştür. İki Faz Euler-Karışım modelinin ise deneysel verilere en uzak sonuçları verdiği gözlemlenmiştir. İki Faz Euler-Karışım modelinin, deneysel verilere göre yüksek hata oranına sahip sonuçlar vermesinin sebebi sayısal olarak araştırılmıştır. Analizler sonucunda, iki fazlı Euler-Karışım modelinin, nanoakışkanlara sayısal olarak uygulanabilmesi için Euler-Karışım modelinde ısıl iletkenlik katsayısını veren denklemin değiştirilmesi gerektiği sonucuna ulaşılmıştır. Çift Faz Euler-Karışım modelinin ısıl iletkenlik katsayısını hesaplayan denklem, Maxwell  ısıl iletim denklemi ile değiştirilmiştir. Tekrar yorumlanan Euler-Karışım modeli, deneysel referans verilerle karşılaştırıldığında deneysel verilere en yakın sonuçları veren model olduğu gözlemlenmiştir. Ek olarak çalışmada, modeller ve termofiziksel özellikleri belirleyen denklemlerin yanısıra, nanoparçacık çeşidi, hacimsel derişimi ve Peclet sayısı gibi parametrelerin ısı transferi üzerindeki etkisi sayısal araştırılmıştır.

Abstract:
High cost of obtaining nanofluids and forming a healthy experimental setup, which is correctly isolated from disturbing effects, has led to the need for numerical modeling to investigate the effects of nanofluids on heat transfer. Therefore, it is important that the numerical studies are as reliable as the experimental studies. This will lead to the results being more accurate. In this study, the reference experimental data were selected and experimental study was modeled close to the actual systems in the ANSYS Fluent computational fluid mechanics package program, together with the application parameters and boundary conditions. Experimental study parameters and their effects were considered as reference, analyzed numerically with single phase and two phase models. According to the outcome, the analysis made with the Single Phase Brownian model, it was found that it gave the most accurate avarage heat transfer coefficient value to the experimental data. The two phase Euler-mixture model showed the most inaccurate results from the experimental data. The reason behind the two phase Euler-Mixture model resulting in a higher error rate, according to experimental data, was investigated numerically. As a result of the analyzes, it was concluded that the equation, which was giving the thermal conductivity in Euler-Mixture model, should have been changed in order to apply the two-phase Euler-Mixture model to the nanofluids more efficiently. The equation, which calculates the thermal conductivity of two-phase Euler-Mixture Model, is replaced by the Maxwell thermal conductivity equation. The Euler-Mixture model, which was reinterpreted, was observed to be the model that gave the most accurate results according to the experimental data. In addition, besides the equations determining thermophysical properties and models, the effect of parameters such as nanoparticle type, volume concentration and Peclet number on heat transfer was investigated numerically.