Cu-su nanoakışkanlı çarpan jet kullanılarak kısmen elastik ve eliptik bir yüzeyin manyetik alan etkisi altında soğutulması
Cooling a partially elastic and elliptical surface under the influence of a magnetic field using a Cu-water nanofluidic impingement jet
Yazar: MEHMET ÇOĞAN
Danışman: PROF. DR. FATİH SELİMEFENDİGİL
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, Cu-su nanoakışkanlı çarpan jetlerde kısmen elastik ve eğri yüzeyin ısı transferi ve akış yapısı manyetik alan etkisi altında sayısal olarak incelenmiştir. Isı ve kütle transferini arttırarak etkin bir şekilde ısıtma, soğutma veya kurutma gibi işlemler yapabilmek için çeşitli ısı transferi arttırma yöntemlerinden biri olan çarpan jetler günümüzde giderek önem kazanmaktadır. Çarpan jetlerde ısı transferini iyileştirmek için baz akışkanlara göre daha yüksek termal ve elektriksel iletkenliğe sahip metal veya metal oksit nanopartiküller içeren nanoakışkanlar birçok araştırmaya konu olmuştur. Bu çalışmada 0, 0.03 ve 0.05 hacim fraksiyonunda (φ) nanopartikül içeren Cu-su nanoakışkanına, manyetik alan şiddetinin bir göstergesi olan Hartmann sayısının (Ha) 0, 2, 5, 10 ve 20 değerlerinde harici manyetik alan etkisinin akış ve ısı transferi üzerine etkileri incelenmiştir. Çalışmada, gerçek hayat ve mühendislik uygulamalarında sıklıkla karşılaşılan eğriliğin etkisi (eğri yüzeyin yarı eksenlerinin oranı olan a/b=2/3' ün 1/4'ü, 1/2'si ve 3/4'ü olacak şekilde) incelenmiştir. Malzemelerin farklı elastisite modüllerinin olduğu göz önünde bulundurularak, çalışmada 104, 105, 106, 108, 109 elastisite modüllerine sahip değerlerde analizler gerçekleştirilmiştir. Çalışmadaki hesaplamalar COMSOL paket programında sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Analiz sonuçları akış, eş sıcaklık eğrileriyle gösterilmiş olup ayrıca ısı transferi değerleri de Nusselt sayıları ile ifade edilmiştir. Sonuçlar nanopartikül hacim fraksiyonun artmasıyla birlikte ısı transferini önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermiştir. Eğrilik etkisi dört farklı model için karşılaştırılmıştır. Modeller arasında tam eğriliğin diğer modellerden daha verimli sonuçlar verdiği belirlenmiştir. Bu etki yüksek Reynolds sayıları için daha belirgin hale gelmektedir. Manyetik alanın eğri yüzey ve diğer yüzeylerde ısı transferini arttırıcı etkisi gözlenmiştir. Bu artış Hartmann sayısının yüksek değerleri için akışı sönümleme eğilimindedir. Elastisite modülünün artmasıyla birlikte Nusselt sayısında da artış belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, the heat transfer and flow structure of the partially elastic and curved surface under the influence of magnetic field with Cu-water nanofluid impingement jets were numerically investigated. Impingement jets, which are one of the various methods of increasing heat transfer, are becoming more and more important today in order to perform processes such as heating, cooling or drying by increasing heat and mass transfer. Nanofluids containing metal or metal oxide nanoparticles with higher thermal and electrical conductivity than base fluids to enhance heat transfer in impingement jets have been the subject of many studies. In this study, the effects of external magnetic field effect at 0, 2, 5, 10 and 20 values of Hartmann number (Ha), which is an indicator of magnetic field strength, on flow and heat transfer on Cu-water nanofluid containing nanoparticles at 0, 0.03 and 0.05 volume fraction (φ) it has been examined. In the thesis, the effect of the curvature (1/4, 1/2 and 3/4 of a/b=2/3, which is the ratio of the half-axes of the curved surface), which is frequently used in real life and engineering applications, was examined. Considering that the materials have different modulus of elasticity, analysis were carried out at values with elasticity modules of 104, 105, 106, 108, 109 in the study. The calculations in the study were made using the finite element method in COMSOL package program. The results of the analysis are shown with streamlines and isoterm curves, and heat transfer values are also expressed with Nusselt numbers. The results showed that when the nanoparticle volume fraction goes up it significantly improves the heat transfer. The curvature effect has been compared for four different models. It has been determined that full curvature among models gives more efficient results than other models. This effect becomes more pronounced for high Reynolds numbers. It has been observed that the magnetic field increases heat transfer on curved surfaces and other surfaces. This increase tends to damp the flow for higher values of the Hartmann number. With the increase in the modulus of elasticity, an increase in the Nusselt number was determined.