Manyetik nanoakışkan akımında ısı transfer karakteristiklerinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of heat transfer characteristics in magnetic nanofluid flow
Yazar: FEVZİ ŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. LÜTFÜ NAMLI
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Demir oksit = Iron oxide ; Isı geçişi = Heat transfer ; Nanoakışkanlar = Nanofluids ; Nanopartiküller = Nanoparticles

Özet:
Bu çalışmada manyetik nanoakışkanların dışarıdan etki eden manyetik kuvvetler altında akış ve ısı transfer karakteristikleri deneysel olarak incelenmiştir. Manyetik nanoakışkanlar Fe3O4 (Demir Oksit) nanoparçacıkları (kütlesel % 0.5, 1 ve 2) ve deiyonize su ile üretilmiştir. Manyetik nanoakışkanların stabilitesi (kararlılık) üzerine kapsamlı bir çalışma yapılmıştır. Isı transfer sonuçlarını doğrudan etkileyen ısı iletim katsayısı ve viskozite değerleri ölçülmüştür. Isı transfer deney düzeneğinde, ısı transferini artıracak özgün bir sistem tasarlanmıştır. Döner manyetik alan etkisi oluşturan bu sistem, sabit kullanılabileceği gibi belirli devirlerde dönme etkisiyle de kullanılabilmektedir. Isı transfer deneyleri farklı Reynolds sayılarında, ortalama ve yerel Nusselt değerleri dikakte alınarak yorumlanmıştır. Manyetik nanoakışkanların temel akışkan olan deiyonize suyla karşılaştırıldığında ısı iletim katsayılarındaki artış, kütlesel oranlarına (% 0.5, 1 ve 2) göre sırasıyla yaklaşık %27, 32, 41'dir. Isı transfer deneyleri manyetik kuvvetlerin olmadığı, manyetik kuvvetlerin sabit olduğu ve manyetik kuvvetlerin dönme halinde olduğu üç faklı durum için incelenmiştir. Isı transfer deneylerinde manyetik kuvvetler sabit olduğu durum için manyetik nanoakışkan ile deiyonize suyun ısı transfer deney sonuçları karşılaştırıldığında, ortalama Nu değerlerinde kütlesel oranlarına (% 0.5, 1 ve 2) göre sırasıyla yaklaşık %25, 38 ve 66 artış elde edilmiştir. Isı transfer deneylerinde manyetik kuvvetler sabit olduğu durum ile manyetik kuvvetin olmadığı durum karşılaştırıldığında, manyetik nanoakışkanlarıın ortalama Nu değerlerinde kütlesel oranlarına (% 0.5, 1 ve 2) göre sırasıyla yaklaşık %15, 20 ve 33 artış elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, the flow and heat transfer characteristics of magnetic nanofluids under external magnetic forces were investigated experimentally. Magnetic nanofluids were produced with Fe3O4 (Iron Oxide) nanoparticles (0.5, 1 and 2 mass%) and deionized water. An extensive study has been carried out on the stability (stability) of magnetic nanofluids. The thermal conductivity and viscosity values, which directly affect the heat transfer results, were measured. In the heat transfer experimental setup, a unique system was designed to increase the heat transfer. This system, which creates a rotating magnetic field effect, can be used stationary as well as with the effect of rotation at certain cycles. Heat transfer experiments were interpreted at different Reynolds numbers, taking into account the average and local Nusselt values. Compared to deionized water, which is the main fluid of magnetic nanofluids, the increase in thermal conductivity is approximately 27%, 32, 41 %, respectively, according to their mass ratios (0.5%, 1 and 2). Heat transfer experiments were investigated for three different situations where magnetic forces are absent, magnetic forces are constant and magnetic forces are in rotation. In heat transfer experiments, when the magnetic forces are constant and the case deionized water is used is compared, an increase of approximately 25, 38 and 66 %, respectively, was obtained in the average Nu values according to their mass ratios (0.5, 1 and 2).
In the heat transfer experiments, when the magnetic forces are constant and the case without magnetic force is compared, approximately 15, 20 and 33 % increase in average Nu values according to their mass ratios (0.5, 1 and 2%), respectively, was obtained.