Nanoakışkanlı levhalı ısı değiştirici kanallarında ısı geçişinin deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of heat transfer in the plate heat exchanger channels using nanofluids
Yazar: MURAT ÜNVERDİ
Danışman: PROF. DR. YAŞAR İSLAMOĞLU
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışma, nanoakışkanlı contalı levhalı ısı değiştirici kanallarında taşınımla ısı geçişi 
ve basınç düşüşünü deneysel ve sayısal olarak incelemek amacıyla yapılmıştır. 
Deneysel ve sayısal çalışmalarda, balıksırtı şeklinde geometriye sahip dalgalı yüzeyli 
ısı değiştirici levhaları ve Al2O3/su (40 nm) nanoakışkanı kullanılmıştır.
Deneyler süresince ısıyı veren sıcak akışkanın kütlesel debisi 90 kg/h, ısı 
değiştiricisine giriş sıcaklığı 40 oC'de sabit tutulmuştur. Isıyı alan soğuk akışkanın 
(nanoakışkan) ise kütlesel debisi 90, 120, 150, 180, 240 ve 300 kg/h debi aralığında 
değiştirilmiş ve ısı değiştiricisine giriş sıcaklığı 17,5 oC'de sabit tutulmuştur. 
Levhalı ısı değiştirici kanalları için oluşturulan iki boyutlu (2B) ve üç boyutlu (3B) 
modellerin, ANSYS-Fluent yazılım (paket) programı ile sayısal çözümlemeleri de 
yapılmıştır. Sayısal çözümlemelerde tek fazlı (single phase) ve çift fazlı (mixture, 
Euler) yaklaşımları kullanılmıştır. Sayısal çözüm ile elde edilen ısı taşınım katsayısı 
ve sürtünme faktörü değerleri, deneysel sonuçlarla karşılaştırılarak sayısal sonuçlar 
doğrulanmıştır. 
Deneyler ve sayısal çözümlemeler, hacimsel oranları % 0,25, % 0,5, % 0,75 ve % 1 
olan nanoakışkanları için yapılmış ve Reynolds sayısı 500-2000 aralığında seçilmiştir. 
Nanoakışkanın hacimsel oranı ve kütlesel debisiyle ısı taşınım katsayısının arttığı 
ancak sürtünme faktörünün azaldığı deneysel olarak belirlenmiştir. Isı geçişinde suya 
göre iyileşme en küçük hacimsel oran için ortalama % 7,72 en yüksek hacimsel oran 
için ise ortalama % 42,4 belirlenmiştir.
Nanoakışkanlı ısı geçişi için literatürdeki sonuçlar dikkate alındığında, çalışmalarımız 
sırasında elde edilen deneysel ve sayısal sonuçların uygun olduğu görülmektedir.

Abstract:
The aim of this study is to investigate convection heat transfer and pressure drop 
experimentally and numerically by using nanofluids in the gasket plate heat exchanger 
channels. In the experimental and numerical studies, chevron type corrugated plates in 
the plate heat exchanger and Al2O3/water (40 nm) as nanofluids have been used. During the experiments, the mass flow rate of the hot fluid which loss heat was kept 
constant at 90 kg/h while the heat exchanger inlet temperature was kept constant at 40 
°C. In additional to the mass flow rate of the cooling fluid (nanofluids) that the inlet 
temperature was kept constant at 17.5 °C has been changed as 90, 120, 150, 180, 240 
and 300 kg/h. 
Numerical analysis of the two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) models 
set up for plate heat exchanger channels has also been carried out using ANSYS-Fluent 
software (package) programme. Single phase and two phase (mixture, Eulerian) 
approaches have been used in the numerical analyzes. In order to verifiy the numerical 
result of convection heat transfer coefficient and friction factor values obtained with 
the numerical analyzes were compared with the results of the experiments. 
Experiments and numerical analyzes were carried out in the nanofluids volume 
fraction of 0.25 %, 0.5 %, 0.75 % and 1 % and in the range of 500-2000 Reynolds 
number. In the experiments, it has been observed that increases with the volume 
fraction and mass flow rate of the nanofluids the convection heat transfer coefficient 
increases while the friction factor decreases. The enhancement heat transfer has been 
determined to be about 7.72 % for the minimum volume fraction while it is about 42.4
% for the maximum volume fraction compared to water. 
Upon taking the results of the heat transfer using nanofluids in the literature into 
consideration, experiments and numerical results obtained have been found out to be 
coherent.