Karbon nanotüp tabanlı nanoakışkanların mikro kanallı ısı değiştiricilerinde kullanımının deneysel çalışması:  Güneş uygulamaları
Experimental study of heat exchange in microchannels using carbon nanotube based nanofluids: Solar application
Yazar: SELİM AHLATLI
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NİMETİ DÖNER ; PROF. DR. THIERRY MARE
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Birçok çalışmada, özellikle karbon nanotüpe sahip nanoakışkanlar ısı transferini artırmıştır. Başka çalışmalar ise nanoakışkanlar iyi bir absorbe edici olması nedeniyle güneş enerjisi sistemlerinde iyi bir aday olduğunu gösteriyor. Araştırmacılar burada gitgide daha küçük ve daha güçlü sistemlere yönelmekte olup, özellikle mikro-elektroniklerde yüksek ısı transferi ile minimal boyutta ısı değiştiricileri, mikrokanallı ısı değiştiricileri olarak adlandırılır (MCHS).
Bu tez çalışmasında mikro-kanal güneş kollektöründe karbon nanotüp-su nanoakışkanı ısı transferi davranışları üzerinde çalışılmıştır. Mikro-kanallı güneş kolektörü bakır malzameden üretilmiş ve 1 × 1 mm kesitli (1mm hidrolik çapa sahip), 40 mm uzunluğunda, 16 adet mikro-kanal ve 15 adet kanatçıktan oluşmaktadır. Mikro-kanalın üzerinde ışık geçirgenliğini sağlayacak 50 mm çapında (19,625 cm2 alanında) normal cam ve kuartz cam kullanılmıştır. Çalışma akışkanı olarak saf su, % 0.05 ve % 0.5 kütle oranlı, 9.2 nm çapında ve  1.5 µm uzunluğunda karbon nanotüp/su nanoakışkanı, mikro-kanallı güneş kolektöründe kullanılarak kıyaslamalı performans çalışması yapılmıştır. Güneş ışığı olarak halojen lamba kullanılarak, güneş ışığı simule edilmiştir.
Farklı konsantrasyonlarda ve toplamda gerçekleştirilen 250 deneysel çalışma ile deney düzeneğinde basınç kaybı, Reynolds sayısı, pompa gücü, sürtünme faktörü, Pousielle sayısı, gibi değerler incelenmiştir. Güneş kolektöründe kullanılan normal cam ile kuartz camın ışınım absorbsiyon özelliklerinin sistem ısı transferini etkileri degerlendirilmiştir.   Ancak kanalların tıkanması ve nanoakışkan kütlesel oranlarının etkisiyle verimin düştüğü ve deneyler sırasında debinin zamanla azaldığı gözlenmiştir. 

Anahtar kelimeler: Absorbsiyon, Güneş ışınımı, Karbon nanotüp, Mikro-kanal, Nanoakışkan.

Abstract:
Many studies show that nanofluids, especially carbon nanotubes, improve heat transfer. Other studies show that nanofluid is a good candidate for solar systems because of its good absorptivity. We are facing more and more miniaturised and more powerful systems. Especially in microelectronics, small heat sinks with high heat transfer rates are being developed, called micro-channel heat sinks (MCHS). 
In this paper, the heat transfer behaviour of carbon nanotube-water nanofluid in a microchannel solar collector is studied experimentally. The exchanger is composed of 16 micro-channel hydraulic diameters of 1 mm and a glass or quartz cover of surface area of 19,625 cm2. Solar radiation is simulated by a halogen lamp. The experimental set-up which includes a solar meter, pressure and temperature sensors, and is used to control the flow. The nanofluid is a solution of pure water containing 0.05% and 0.5% weight fraction of the carbon nanotubes, which are 9.2 nm in diameter and 1.5 µm in length. Viscosity and density are measured experimentally. The evolution of efficiency and the pressure drop are presented according to the Reynolds number, and are compared with results obtained with distilled water.
In total, 250 experimental performances were studied. The aggregation of nanofluid at 0.5% weight fraction was observed in these studies. However, the reason for this problem in the MCHS was not exactly determined, but the following could be possible reasons: the limited number of experimental studies, the weight fraction of nanofluid, the sensitivity of devices, and the flow regime in the channels. The next studies on this problem could focus on detailed analysis of each of the above effects individually.

Keywords: Absorbtion, Solar radiation, Carbon nanotube, Micro-channel, Nanofluid.