Isı geri kazanım ünitelerinde nanoakışkan kullanımı
Use of nanofluid in heat recovery units
Yazar: İPEK AYTAÇ
Danışman: PROF. DR. ADNAN SÖZEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Atık ısı geri kazanım üniteleri, endüstriyel ve atık ısı tesislerinde ihtiyaç duyulan temiz havanın ön ısıtılmasında yaygın olarak kullanılan sistemlerdir. Bu çalışmada; ısı değiştiricisi ısı borusu demetinden oluşan bir ısı geri kazanım ünitesinin performansının nanoakışkan kullanılarak iyileştirilmesi ve böylece ısı geri kazanım ünitesinin çalışma sıcaklık aralığının arttırılması amacıyla kurulan deney düzeneği üzerinde uygulamalı bir çalışma yapılmıştır. Çalışmanın özgün yanı; ısı değiştiricisi olarak kullanılan ısı borularında çalışma akışkanı olarak, son yıllarda pek çok uygulamada yer bulan nanoakışkanların kullanılmış olmasıdır. ZnO/Su ve ZnOAl2O3/Su nanoakışkanları ısı borularında çalışma akışkanı olarak kullanılmış ve temel akışkan olan saf suya göre ısı geri kazanım ünitesi ısıl performansındaki ve ısıl direncindeki iyileşme oranları belirlenmeye çalışılmıştır. Saf su yerine nanoakışkanların kullanılması ile bütün Reynolds sayılarında ısı geri kazanım ünitesinin ısıl performansında iyileşme sağlanmıştır. Her bir Re değerindeki ZnOAl2O3/Su nanoakışkanının ısıl performansı ve ısıl direnci iyileştirme oranının ZnO/Su nanoakışkanına kıyasla daha yüksek olduğu görülmüştür. Soğuk hava bölgesinde (kondenser), soğuk hava hızı 0,437 m/s ve Re=7100 olduğunda ZnOAl2O3/Su ve ZnO/Su nanoakışkanları için sırasıyla %90 ve %80 oranında iyileşme elde edilmiştir. Re değeri 12000 ve soğuk hava hızı 0,751 m/s olduğunda, temel akışkana (saf suya) göre ZnOAl2O3/Su ve ZnO/Su nanoakışkanları için maksimum dirençte iyileşmeler elde edilmiştir. Bu değerler; ZnOAl2O3/Su nanoakışkanında %77.6 ve ZnO/Su nanoakışkanında ise %72.1' dir.

Abstract:
Waste heat recovery units are widely used systems for preheating the fresh air needed in industrial and waste heat plants. In this study, in order to improve the performance of a heat recovery unit consisting of a heat exchanger heat pipe bundle using nanofluid and thus to increase the working temperature range of the heat recovery unit, an applied study has been performed on the experimental setup. The original aspect of the study, the nanofluids used in many applications in recent years have been used as working fluids in heat pipes. ZnO/Water and ZnOAl2O3/Water nanofluids are used as working fluid in heat pipes. According to pure water, which is the base fluid, the recovery rates of heat recovery unit thermal performance and thermal resistance were tried to be determined. With the use of nanofluids instead of pure water, an improvement in the thermal performance of the heat recovery unit was achieved in all Reynolds numbers. The thermal performance and thermal resistance improvement rate of ZnOAl2O3/Water nanofluid at each Re value was found to be higher compared to ZnO/Water nanofluid. In the cold duct zone (condenser), when the cold air velocity was 0,437 m/s and Re=7100, 90% and 80% improvement was achieved for ZnOAl2O3/Water and ZnO/Water nanofluids, respectively. When the value of Re is 12000 and the cold air velocity is 0,751 m/s, improvements in maximum resistance were obtained for ZnOAl2O3/Water and ZnO/Water nanofluids compared to the base fluid. These improvement rates; 77.6% for ZnOAl2O3/Water nanofluid and 72.1% for ZnO/Water nanofluid.