Eş merkezli iç içe borulu paralel ve karşıt akışlı ısı değiştiricilerde alümina nanoakışkan kullanılarak ısıl performansın artırılması
Heat transfer performance enhancement by using alumina nanofluid in the parallel and cross-flow concentric tube heat exchangers
Yazar: İPEK AYTAÇ
Danışman: PROF. DR. ADNAN SÖZEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Malzeme teknolojisindeki son yıllardaki gelişmelerle birlikte, nano boyutlarda üretilebilen yüksek ısıl iletkenliğe sahip metalik partiküllerin geleneksel ısı transferi akışkanlarına katılmasıyla yüksek performanslı yeni nesil akışkanların (genelde nanoakışkan olarak adlandırılır) elde edilebilmesi mümkün kılınmıştır. Bu tez çalışmasında, eş merkezli, iç içe borulu, paralel ve karşıt akışlı ısı değiştiricilerde sıcak akışkan olarak alümina nanoakışkan kullanımının ısıl performans üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Tek bir deney düzeneği ile ısı değiştiricisinin hem paralel hem de karşıt akışlı çalışmasını sağlayacak bir deney düzeneği tasarımı düşünülmüştür. Isı değiştiricisinin performansındaki değişimleri gözlemleyebilmek için sıcak/soğuk çalışma akışkanları olarak su/su ve alümina nanoakışkanı/su kullanılarak karşılaştırma yapılmıştır. Çalışmada nanoakışkan, %0,2 Triton X-110 katyon tipi yüzey aktifleştirici ile ağırlıkça %2 derişimde nano boyutta uçucu külün suyla ultrasonik banyo metoduyla süspanse edilmesiyle elde edilmiştir. Analizde hem türbülanslı akış hem de laminer akış şartlarında nanoakışkan kullanımının ısı değiştiricisinin ısıl performansı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Nanoakışkan kullanımı paralel akışlı ısı değiştiricisinde toplam ısı transfer katsayısında ortalama %4,8 sıcak akışkanın ısı transfer katsayısında ortalama %10 ve soğuk akışkanın ısı transfer katsayısında ortalama %6,1 iyileşme sağlarken karşıt akışlı ısı değiştiricisinde benzer olarak sırasıyla %3,4, %2,1 ve %2,9 iyileşme sağlamıştır.

Abstract:
The developments of the material technology in recent years make it possible to produce high performance new generation liquids (also known as nanofluids) by nano-sized metal particles having high thermal conductivity are added to conventional heat transfer liquids. Hereby, in this thesis, the effects of using alümina nanofluid as the hot fluid in the concentric, nested tube parallel and cross-flow heat exchangers on thermal performance is studied experimentally. It is considered such an experimental setup which allows heat exchanger to run in both parallel and cross-flow in only a single experimental setup. In order to observe the changes in the thermal performance of heat exchanger, comparison is made by using water/water and alumina nanofluid/water as hot/cold study liquids. In the study, nanoliquid is produced by suspensing 0,2% Triton X-110 cation type surface activator and nano-sized fly ash at a concentration of 2% in weight in ultrasonic bath method. It is investigated in the analysis that the effects of using nanofluid in both turbulanced and laminar flow conditions on the thermal performance of heat exchanger. In the analysis, the effects of using nanofluid in both turbulanced and laminar flow conditions on the thermal performance of heat exchanger are investigated. Using nanofluids in parallel flow heat exchanger, enables an improvement on the total heat transfer coefficient, heat transfer coefficient of hot fluid, heat transfer coefficient of cold fluid on average of 4.8%, 10% and 6.1% respectively. Congruently, using nanofluids in counter-flow heat exchanger enables an improvement on average of 3.4%, 2.1% and 2.9% respectively.