Gövde borulu bir ısı değiştiricisinde newtonyen olmayan nanoakışkan kullanımının termoelektrik güç üretimine etkisinin sayısal analizi /
Yazar: HAKAN KESKİN
Danışman: PROF. DR. FATİH SELİMEFENDİGİL
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Akışkanlar = Fluids ; Isı değiştiriciler = Heat exchangers ; Termoelektrik jeneratör = Thermoelectric generator

Özet:
Bu çalışmada gövde borulu ısı değiştiricisinde Newtonyen olmayan nanoakışkan kullanılması durumunda üzerine yerleştirilen termoelektrik jeneratör vasıtasıyla termal elektrik enerji dönüşümü ve karekteristikleri incelenmiştir. Çalışmada sonlu elemanlar yöntemini kullanan COMSOL ticari programından faydanılmıştır. Nanoakışkanların yüksek ısıl özelliklerinin ön plana çıkarılarak 5 farklı nanoakışkana karşılık suyun karşılaştırılmasına yer verilmektedir. İyileştirme miktarının termoelektrik jeneratörler kullanılarak elektrik enerjisi üretilmesi amaçlanan son adımdır. Suya karşı 5 farklı nanoakışkanı değerlendirmeden önce temel bir gövde borulu eşanjör tasarımı oluşturulmuştur. Oluşturulan bu gövde borulu ısı eşanjöründe en iyi şaşırtma levhası geometrisi, sıcak ve soğuk taraftaki akışkanlar ve Reynolds sayıları sabit tutularak belirlenmiştir. Su ve nanoakışkan alternatif senaryoları içeren sıcak akışkan bölgesinde farklı Reynolds sayıları ayrı ayrı ele alınmıştır. Bunun yanında akışkan karşılaştırması yapılırken nanoakışkan etkisinin en iyi şekilde anlaşılması adına ilk aşamada belirlenen en iyi şaşırtma levhası geometrisi temel geometri olarak dikkate alınmıştır.
Çalışmada en iyi eşanjör geometrisi ve en iyi akışkan seçiminin karşılaştırılmasıyla ortaya çıkan termal elektrik enerji dönüşümü hesaplanmıştır. Gövde borulu ısı eşanjöründe şaşırtma levhasının geometrik özelliklerinin akış karekteristiğine ve termal elektrik enerji dönüşümüne etki ettiği gözlemlenmiştir. Sıcak su bölgesinde kullanılan nanoakışkanlardaki ısı transfer veriminin yüksek olduğu gözlenmiş bu verim artışının (en iyi şaşırtma levhası uygulamasıyla birlikte) TEJ kullanımında oluşacak elektrik gücüne yaklaşık 49% katkı sağladığı sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
In this study, in case of using non-Newtonian nanofluid in the shell and tube heat exchanger, thermal electrical energy conversion and characteristics were investigated by means of a thermoelectric generator placed on it. In the study, the commercial program of COMSOL, which uses the finite element method, was used. By highlighting the high thermal properties of nanofluids, 5 different nanofluids versus water are compared. The amount of improvement is the final step aimed at generating electrical energy using thermoelectric generators. Before evaluating 5 different nanofluids against water, a basic shell-and-tube heat exchanger design was created. The best baffle geometry in this formed shell-and-tube heat exchanger was determined by keeping the fluids on the hot and cold sides and the Reynolds numbers constant. Different Reynolds numbers in the hot fluid region, which includes water and nanofluid alternative scenarios, are discussed separately. In addition, while making the fluid comparison, the best baffle geometry determined in the first stage was taken into account as the basic geometry in order to best understand the nanofluid effect.
In the study, the thermal electrical energy conversion resulting from the comparison of the best heat exchanger geometry and the best fluid selection was calculated. It has been observed that the geometric properties of the baffle plate affect the flow characteristics and thermal electrical energy conversion in the shell and tube heat exchanger. It has been observed that the heat transfer efficiency of the nanofluids used in the hot water region is high, and it has been concluded that this efficiency increase (with the best baffle plate application) contributes approximately 49% to the electrical power that will occur in the use of TEG.