Nanoakışkanların ve türbülatörlerin iç içe borulu ısı değiştirici ısıl performansına etkilerinin incelenmesi
Investigation of nanofluids and turbulators's effects on the thermal performance of concentric heat exchangers
Yazar: EDA FEYZA AKYÜREK
Danışman: DOÇ. DR. BAYRAM ŞAHİN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Farklı sıcaklıklardaki iki veya daha fazla akışkan arasındaki ısı alış verişi işlemine uygulamalarda çok sık rastlanır.  Bu ısı alış verişinin yapıldığı cihazlar, ısı değiştirici olarak adlandırılmakta ve ısıtma, iklimlendirme, soğutma tesisatlarında vb. birçok yerde kullanılmaktadır. Enerji ihtiyacının artması ile birlikte enerjinin verimli bir şekilde kullanılması önemli bir konu haline gelmiştir. Bu çalışmada iç içe borulu ısı bir değiştiricisinde iş yapan akışkan olarak su ve nanoakışkan seçilerek, nanoakışkan ve türbülatörlerin ısı transferi ve basınç düşümüne etkileri deneysel olarak incelenmiştir. %0.4, %0.8, %1.2 ve %1.6 hacimsel oranlarında gama fazındaki Al2O3 nanopartikülleri saf suyun içerisine katılarak nanoakışkan hazırlanmış ve hazırlanan nanoakışkanları termofiziksel özellikleri belirlenmiştir. Isı transferi performansını karşılaştırmak üzere 25mm ve 39mm adımlarında iki farklı yay türbülatör boru içerieine yerleştirilmiş ve ısı transferi ve basınç düşümü karakteristikleri belirlenmiştir. Reynolds sayısının belirli değerlerinde, saf su ile kıyaslandığında temel akışkan olan Al2O3-Su nanoakışkanı için Nusselt sayısındaki artış, hacimsel oran %0.4 iken %17.39 ile %47.86 aralığında, %0.8 iken %57.56 ile %125.23 aralığında, %1.2 iken %75.96 ile %174.17 aralığında ve %1.6 iken %111.19 ile %271.92 aralığında olmuştur. Saf su ile karşılaştırıldığında hem nanoakışkanlarla hem de türbülatörlerle Nusselt sayısında artış elde edilmiştir. Nanoakışkanların basınç düşümü tek başına incelendiğinde ise aynı Reynolds sayısında, saf suya yakın değerler aldığı görülmüştür. Bu sonuç, düşük partikül konsantrasyonlu nanoakışkanların basınç düşümünde ki artışta önemli etkilerinin olmadığını göstermiştir. Isı değiştiricisinde yay türbülatörlerin kullanılması ise basınç düşümünü boş boru ve nanaoakışkana göre çok fazla artırmıştır.

Anahtar kelimeler: Nanoakışkanlar, Nanoakışkanların Termofiziksel Özellikleri, Isı 
Değiştiricisi, Türbülatörler, Isı Transferi Artışı, Basınç Kaybı

Abstract:
Heat exchange processes between two or more fluids at different temperatures are most commonly found in applications. This heat exchange was made devices called heat exchanger and they are used in many places such as heating, air conditioning, refrigeration systems. Efficient use of energy has become an important issue with the increase of the energy requirements. In this study, using nanofluids and turbulator in the concentric tubes heat exchanger is intended to increase heat transfer.  Nanofluids are prepared adding Al2O3 nanoparticles in volumetric ratio 0.4%, 0.8%, 1.2% and 1.6% into pure water and thermophysical properties of prepared nanofluids  was determined. In order to compare heat transfer performance of nanofluids and turbulators, two different wire coils which has 25mm and 39mm pitches are inserted into concentric heat exchanger. In certain values of Reynolds number, the increase in Nusselt number for Alumina/water nanofluid for 0.4% is in the range of 47.86% to 17.39%, for %0.8 is in the range of 125.23% to 57.56%, for %1.2 is in the range of 174.17% to 75.96%  and for %1.6 is in the range of %271.92 to %111.19 with respect to that of distilled water. The heat transfer rates of nanofluids and turbulators increase Nusselt number when compared to that of pure water. When analyzed pressure drop of the Alumina/water nanofluid it was observed that it was nearly equal to that of water for the same Reynolds number. This is showed that nanofluids with lower partical concentration will not have a significant effect on enhancement in pressure drop. With the use of wire coil insert in heat exchanger increases the friction factor.

Keywords: Nanofluids, Thermophysical Properties of Nanofluids, Concentric Heat exchanger, 
Turbulators, Heat transfer enhancement, Pressure drop