Isı eşanjörlerinde nanoakışkan olarak grafen oksit kullanımının ısıl performansa etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the effect of the use of graphen oxide as nano fluid on thermal performance in heat exchangers
Yazar: MUHAMMET KAHVECİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TARKAN KOCA
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada plakalı ısı değiştiricilerde nanoakışkan kullanarak ısıl verimlilik artırılmaya çalışılmıştır. Deneylerde içerisinde plakalı ısı değiştiricisi bulunan birleşik sıcak su hazırlama sistemi deney seti olarak kullanılmıştır. Çalışmanın amacı plaka tip ısı değiştiricilerde sıcak akışkan olarak grafen oksit-su nanoakışkan kullanımının, saf suya göre ısıl verimliliğe etkisinin deneysel olarak incelenmesidir. Deneylerde kullanılan grafen oksit partiküllerin tane boyutu ortalama 7,5 nm olup saflığı ise %99,8'dir. Deneyler ters akış şartlarında gerçekleştirilmiş olup, deneylerde saf suya %0,02 ile %0,04 hacimsel oranlarda grafen oksit partikülleri eklenerek oluşturulan nanoakışkanlar kullanılmıştır.
Yapılan çalışmada soğuk su debileri 4,5,6,7,8 l/dk olacak şekilde beş farklı değer seçilmiştir. Sıcak akışkanın plakalı ısı değiştiriciye giriş sıcaklıkları ise 40, 45, 50, 55, 60 °C olarak alınmıştır. Tüm deneylerde ısı transferi miktarı, etkinlik katsayısı ve iyileştirme oranı analiz edilmiştir. En yüksek iyileştirme oranı değerine %0,04 grafen oksit-su nanoakışkan ile yapılan deneylerde ulaşılmıştır. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde hacimce %0,04 oranında nanoakışkanın en yüksek iyileştirme oranı 4 l/dk değerinde %8,8 olarak elde edilmiştir. Sıcak akışkan giriş sıcaklığının artmasıyla doğru orantılı olarak etkinlik katsayısı artmıştır. Debi miktarı arttıkça etkinlik katsayısı azalmaktadır. Saf suyla kıyaslandığında nanoakışkan kullanımının ısı transferini önemli ölçüde arttırdığı görülmüştür.

Abstract:
In this study, it has been tried to increase the thermal efficiency by using nanofluid in plate type heat exchangers. In the experiments, a combined hot water preparation system with a plate heat exchanger was used as the experiment set. The aim of the study is to experimentally investigate the effect of using graphene oxide-water nanofluid as hot fluid on thermal efficiency compared to pure water in plate type heat exchangers. The average particle size of the graphene oxide particles used in the experiments is 7.5 nm and the purity is 99.8%. The experiments were carried out under counter flow conditions, and in the experiments, nanofluids formed by adding graphene oxide particles in volumetric ratios of 0.02% to 0.04%to pure water were used. In the study, five different values were chosen so that the cold water flows would be 4,5,6,7,8 l/min. The inlet temperatures of the hot fluid to the plate heat exchanger are taken as 40, 45, 50, 55, 60 ˚C. In all experiments, the amount of heat transfer, efficiency coefficient and improvement rate were analyzed. The highest improvement rate value was reached in experiments with 0.04% graphene oxide-water nanofluid. When the results obtained were examined, the highest improvement rate of 0.04% by volume of nanofluid was obtained as 8.8%at 4 l/min. The efficiency coefficient increased in direct proportion to the increase in the hot fluid inlet temperature. As the flow rate increases, the efficiency coefficient decreases. It has been observed that the use of nanofluid significantly increases the heat transfer compared to pure water.