Grafit esaslı karbon nanoakışkan eldesi ve ısı değiştirici sistemlerinde kullanımının araştırılması
Investigation of graphene based carbon nanofluids and their use in heat exchanger systems
Yazar: NİLPERİ UYSAL
Danışman: DOÇ. DR. ESİN VAROL
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
GRAFİT ESASLI KARBON NANOAKIŞKAN ELDESİ VE ISI DEĞİŞTİRİCİ SİSTEMLERİNDE KULLANIMININ ARAŞTIRILMASI

Nanoakışkanlar, geleneksel bir sıvıya yüksek ısı iletkenliğine sahip olan nanoparçacıkların eklenmesiyle elde edilen yeni tip ısı transfer akışkanlarıdır. Sıvıya nanopartiküllerin eklenmesi ile, nanopartiküllerin yüksek yüzey alanına bağlı olarak sıvının ısı kapasitesi artmakta ve ısı transferinde önemli bir iyileşmeye yol açmaktadır. Günümüzde ısıtma/soğutma sistemlerinde kullanılan akışkanlar içerisinde genellikle karbon nanoparçacıklar tercih edilmektedir.
Bu çalışmada, ısı transfer akışkanı olarak kullanılmak üzere tek veya çok katmanlı grafen içeren karbon nanoakışkanların yüksek verim ile elde edilmesi ve bu akışkanların ısı değiştiricilerde ısı aktarım performansının arttırılması amacıyla kullanılması hedeflenmiştir. Sıvı fazda eksfoliasyon ile tabakalara ayırma yönteminde, grafite uygulanan ön işlem, kullanılan sürfaktan miktarı ve sonikasyon süresinin verime olan etkileri incelenmiş olup, kimyasal ve ısıl işlem ile genişletilmiş grafit:sodyum kolat oranı 5:1 olduğunda, 12 saat sonikasyon sonunda % 4,2 verime ulaşılmıştır. Durgun halde ısıl iletkenlikleri belirlenen akışkanlar, laboratuvar ölçekli çift borulu, zıt akışlı ısı değiştiricisinde sıcak akışkan olarak kullanılmış ve ısı aktarım performans testleri yürütülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre, karbon nanoakışkanların ısı değiştirici sistemlerinde alternatif akışkan olarak kullanılabileceği saptanmıştır.

Abstract:
INVESTIGATION OF GRAPHENE BASED CARBON NANOFLUIDS AND THEIR USE IN HEAT EXCHANGER SYSTEMS

The nanofluids are the new type of heat transfer fluids that are made by adding nano particulates which have high thermal conductivity to a conventional fluid. Adding nanoparticles to the fluid leads to a significant improvement in heat transfer since the heat capacity of the fluid increases due to the high surface area of the nanoparticles. Among the nano-particulates, nano-carbons are usually preferred as the nanofluids in heating/cooling systems.
In this study, it is aimed to produce carbon nanofluid containing single or multilayer graphene with high efficiency and to increase the heat transfer performance of heat exchangers. For the liquid phase exfoliation method, the effects of pretreatment, the amount of the surfactant used and sonication time on the yield were investigated. When the chemical/heat-treated expanded graphite: sodium cholate ratio was 5:1, the yield was obtained as 4.2 % at 12 hours of sonication. Thermal conductivities of the nanofluid in stationary state was determined and these fluids were used as the hot fluid in laboratory-scale double-pipe, counter-flow heat exchanger and heat transfer performance tests were carried out. According to the results, it was found that carbon nanofluid could be used as alternative fluid in heat exchanger systems.