Nanoakışkan kullanılan eş merkezli mini borulu ısı değiştiricinin enerji ve ekserji analizi
Energy and exergy analysis of concentered mini tube heat exchanger using nanofluid
Yazar: TAHA MERMER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KADİR GELİŞ
Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Ekserji analizi = Exergy analysis ; Isı eşanjörü =   ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Nanotüp = Nanotube

Özet:
Mini kanallı ısı değiştiricileri çeşitli elektronik cihazların ısıtılma ve soğutulma işlemlerinde kullanılmaktadır. Elektronik ekipmanların güvenli bir şekilde çalışması için ısı transferi oldukça önemlidir. Mini kanalların hacim ve yüzey etki faktörü sebebi ile büyük kanallı ısı değiştiricilere istinaden yüksek ısı transferi sağladığı belirlenmiştir. Isıtma ve soğutma verimlerinin arttırmak için kullanılan yöntemlerden biride su, yağ ve etanol gibi temel ısı akışkanlara nano boyutlarda ısıl iletkenliği yüksek partiküller eklenmesi ile yeni bir ısı transfer akışkanı olan nanoakışkan elde edilmesi ile gerçekleşmektedir. Katı bir nano partikülün ısıl iletkenliği herhangi bir temel akışkandan çok daha iyi olduğu için bu partiküllerin akışkan ile birlikte süspansiyon oluşturması ile ısıl iletkenliği yüksek bir akışkan olmasını sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında eş merkezli mini kanallı bir ısı değiştirici test bölgesi ve deney seti tasarlanmıştır. Tasarlanan bu deney düzeneği iş akışkanı olarak su kullanıldığı durum için literatürde mevcut Nusselt sayısı ve sürtünme faktörü korelasyonları ile kıyaslanarak sistemin doğruluğu teyit edilmiştir. Ardından doğrulanmış deney seti ile üç farklı hacimsel konsatrasyonda (0.1-0.2-0.3) hazırlanan çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) nanoakışkanı hazırlanarak enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Tezde ε-NTU yöntemi kullanılmıştır. Su ve farklı hacimsel konsantrasyonlarda hazırlanan nanoakışkanlar için Türbülanslı akış koşullarında, 5 farklı Reynolds değeri (5000-25000) aralığında etkenlik(ε), NTU ve boyutsuz ekserji (e) değerleri hesaplanmıştır. İş akışkanı olarak nanoakışkan kullanılması ε ve NTU değerini artırırken, boyutsuz ekserji değerini düşürmüştür.

Abstract:
Mini-channel heat exchangers are used in the heating and cooling processes of various electronic devices. Heat transfer is very important for the safe operation of electronic equipment. It has been determined that mini channels provide high heat transfer compared to large channel heat exchangers due to the volume and surface effect factor. One of the methods used to increase heating and cooling efficiency is by adding nano-sized particles with high thermal conductivity to basic heat fluids such as water, oil and ethanol. Since the thermal conductivity of a solid nanoparticle is much better than any basic fluid, these particles form a suspension with the fluid, making it a fluid with high thermal conductivity. In this thesis, a concentric mini-channel heat exchanger test zone and experiment set were designed. The accuracy of the system was confirmed by comparing this designed experimental setup with the Nusselt number and friction factor correlations available in the literature for the case where water is used as the working fluid. Then, energy and exergy analysis were carried out by preparing Multi-walled carbon nanotube (MWCNT) nanofluid, which was prepared at three different volumetric concentrations (0.1-0.2-0.3) with the validated experimental set. The ε-NTU method was used in the thesis. Efficiency (ε), NTU and dimensionless exergy (e) values were calculated in the range of 5 different Reynolds values (5000-25000) under turbulent flow conditions for different water and nanofluids prepared at different volumetric concentrations. The use of nanofluid as the working fluid increased the ε and NTU values, while decreasing the dimensionless exergy value.