Nano parçacık katkılı manyetohidrodinamik akışın deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of nanoparticles added magnetohydrodynamics flow
Yazar: MURAT ERDEM
Danışman: PROF. DR. YASİN VAROL
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez kapsamında, laminer akış şartlarında silindirik bir boru içerisinde ve manyetik
alan etkisi altında tek fazlı sıkıştırılamaz, viskoz ve elektriksel iletkenliğe sahip farklı nano
akışkanların davranışı deneysel ve üç boyutlu sayısal olarak incelenmiştir. Bu amaçla, 1
Tesla manyetik alan üretebilen bir deney seti tasarlanmış ve imal edilmiştir. Ancak şebeke
elektriği yüksek akımlarda çalışmaya müsait olmadığından maksimum B = 0.3T ile
çalışma gerçekleştirilmiştir. Sayısal çalışma, ANSYS FLUENT 18.2 ticari yazılım
programı yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Gerekli doğrulama testleri yapıldıktan sonra
sayısal model belirlenmiş ve çalışmanın büyük çoğunluğu sayısal olarak yapılmıştır.
Sayısal çalışmadan nano hacimsel oranları (φ), Re sayıları ve uygulanan manyetik alan
şiddetleri (Ha) sırasıyla φ = 0, 0.01, 0.03, 0.05, Re = 10, 100, 500, 1000, 2000 ve Ha = 0,
25, 50, 100 olarak seçilmiştir. Nano parçacık olarak Al2O3, CuO ve TiO2 tercih edilmiştir.
Deneysel olarak yapılan çalışmadan elde edilen sonuçlar, sayısal çalışmada elde
edilen sonuçlar ile kıyaslanarak sayısal modelin doğruluğu test edilmiştir. Deneysel ve
sayısal çalışma arasındaki karşılaştırma, %2 nano parçacık içeren akışkana B = 0.1, 0.2,
0.3T manyetik alan uygulayarak ve manyetik alanın olmadığı durum için yapılmış ve
sonuçların birbiriyle uyumlu olduğu belirlenmiştir. Aynı zamanda çalışma sonuçları
literatürde verilen sonuçlarla karşılaştırılmış ve sonuçların oldukça benzer olduğu tespit
edilmiştir.
Yapılan sayısal analizde nano akışkanların hız, basınç, yerel ve ortalama Nu
grafikleri ile sıcaklık ve hız konturları kapsamlı olarak ele alınmıştır. Nano parçacığın ve
özellikle uygulanan dış manyetik alan kuvvetinin nano akışkan hızını düşürdüğü, Re
sayısıyla birlikte basıncı ve ısı transferini arttırdığı belirlenmiştir. En yüksek nano akışkan
hızı, en yüksek basınç ve en yüksek Nu sayısı Al2O3 için elde edilmiştir. En düşük akışkan
hızı ve basınç ise CuO için elde edilirken ısı transferinin CuO ve TiO2 için benzerlik
göstermiştir. Re = 10 hariç bütün parametrelerde manyetik alan şiddeti ve eklenen nano
parçacıklar ısı transferini arttırmıştır.

Abstract:
In this thesis, the behavior of different nano-fluids with electrical conductivity
single-phase incompressible, viscous under laminar flow conditions and magnetic field has
been investigated in a cylindrical pipe experimentally and three-dimensional numerically.
For this purpose, an experimental set-up which can procedure 1 Tesla magnetic field have
been designed and manufactured. However, since the mains power is not suitable for
operations at high currents, the operation has been performed with maximum B = 0.3T.
Numerical study was performed with the help of the licensed ANSYS FLUENT 18.2
commercial software program. After the necessary verification tests, the numerical model
was determined and the majority of the study was performed numerically. Nano volume
ratios (φ), Re numbers and applied magnetic field magnitude for numerical study were
selected as φ = 0, 0.01, 0.03, 0.05, Re = 10, 100, 500, 1000, 2000 and Ha = 0, 25, 50, 100,
respectively. Al2O3, CuO and TiO2 are preferred as nanoparticles.
The accuracy of the numerical model has tested by comparing of obtained datas from
the experimental study with the results obtained in the numerical study. The comparison
between experimental and numerical study has carried out by applying B = 0.1, 0.2, 0.3T
magnetic field to the fluid containing 2% nano-particle and in the absence of magnetic
field, and the results have determined to be in compatibility. At the same time the results
obtained from the study has been compared with that of given in the literature and results
were found to be quite similar.
In the numerical analysis, velocity, pressure, and Nu were depicted in the graphics
and temperature velocity contours of nano fluids have been investigated. It has been
determined that both the nanoparticle and especially the applied external magnetic field
strength decrease the nano-fluid velocity and increase the pressure and heat transfer with
the Re number. The highest nano fluid velocity, the highest pressure and the highest Nu
number was obtained for Al2O3. While the lowest fluid velocity and pressure are obtained
for CuO, the heat transfer is similar for CuO and TiO2. In all parameters except Re = 10,
the magnetic field flux and the add of nano particles have increased the heat transfer rate.