Nanoakışkan kullanılan kalın cidarlı mikroborularda ısıl performansın sayısal olarak araştırılması
Numerical investigation of thermal performance in thick walled micropipes using nano fluid
Yazar: SAJED ZENDEHDEL SHEKARDASHT
Danışman: DOÇ. DR. ALİ ATEŞ
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde mikro boyutlu borularda yüksek ısı transferi performansına sahip olan nanoakışkanlar kullanılması üzerine çok sayıda araştırma yapılmıştır. Mikroborularla ısıtma ya da soğutma, pek çok alanda yaygın olarak kullanılan küçük boyutlu elektronik cihazlarda başarılı bir şekilde uygulanmaktadır. Bu çalışmada, kalın cidarlı bir mikroboru içerisinde su tabanlı Al2O3 nanoakışkanı kullanılarak ısıl performansın değişimi sayısal olarak incelenmiştir.  Çalışmada sonsuz uzunlukta bir mikroboru ele alınarak borunun üst akış bölgesi tarafı tamamen yalıtılmış, alt akış bölgesi tarafı ise sabit yüzey ısı akısına maruz bırakılmıştır. Değişik konsantrasyonlardaki nanoakışkanın termofiziksel özellikleri de dikkate alınarak parametrik bir araştırma yapılmıştır. İki boyutlu laminer bir akış için silindirik koordinatlarda temel akış ve enerji denklemleri boyutsuz şekilde düzenlenmiştir. Sayısal çözüm için sonlu farklar metodu kullanılmıştır. Denklemlerin ayrıklaştırılması merkezi fark yöntemiyle yapılmıştır. Bu çalışmada daha gerçekçi bir yaklaşım için boru cidarında kayma sınır şartı kabul edilmiş ve viskoz sönüm terimi probleme dahil edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, su gibi konvansiyonel akışkanlar yerine nanoakışkan kullanılması ısıl performansı olumlu yönde etkilemiştir. Konsantrasyonun arttırılması ısıl performansı da arttırmakla birlikte belli bir orandan sonra katı partiküllerin zamanla akış yollarını tıkaması söz konusudur. Bu nedenle çalışmada yüksek oranda konsantrasyon değerlerine çıkılmamıştır. Sonuçlar benzer çalışmalardan elde edilen bulgularla uyumludur.

Abstract:
Today, a lot of research has been done on the use of nanofluids with high heat transfer performance in micro-sized pipes. Heating or cooling with micropipes is successfully applied in small-sized electronic devices that are widely used in many fields. In this study, the change in thermal performance was numerically examined by using water-based Al2O3 nanofluid in a thick-walled micropipe. In the study, an infinite-length micropipe was considered and the upstream side of the pipe was completely insulated, while the downstream side was exposed to constant surface heat flux. A parametric study was carried out by taking into account the thermophysical properties of nanofluids at different concentrations. For a two-dimensional laminar flow, the fundamental flow and energy equations are arranged dimensionlessly in cylindrical coordinates. The finite difference method was used for numerical solution. The discretization of the equations was done by the central difference method. In this study, for a more realistic approach, the slip velocity boundary condition on the pipe wall was accepted and the viscous damping term was included in the problem. According to the results obtained, using nanofluids instead of conventional fluids such as water positively affected the thermal performance. Increasing the concentration also increases the thermal performance, but after a certain amount, solid particles may block the flow paths over time. For this reason, high concentration values were not reached in the study. The results are compatible with findings from similar studies.