Üç borulu ısı değiştiricisinde farklı nanoakışkan kullanımlarının had analizleri
Had analyses of the use of different nanofluids in triple tube heat exchanger
Yazar: ZEYNEP DURMUŞ
Danışman: PROF. DR. ÖZER AYDIN
Kütahya Dumlupınar Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Isı değiştiriciler, çeşitli uygulama alanları için farklı ısıl sistemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Isı değiştiricisi seçimi ısıl verimliliğe, çalışma yüküne, boyutuna, çalışma esnekliğine, çalışma akışkanlarıyla uyumlu çalışmasına, nispeten düşük satın alma ve bakım maliyetlerine bağlıdır. Son zamanlarda ısı değiştiricilerinde nanoakışkanların kullanılması yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmada; eş merkezli üç borulu ters akışlı ısı değiştiricisinde, %0,5 ve %1 hacim konsantrasyonlarında Al2O3-su, TiO2-su ve GO-su nanoakışkanların kullanılmasının su kullanımına göre karşılaştırılması hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizleri ile yapılmıştır. Sayısal analiz çözümlemelerinde ANSYS 17.1 Fluent ticari paket programı kullanılmıştır. Üç borulu ısı değiştiricisi; merkezi iç boru, iç ve dış halkadan oluşur. Merkezi iç boru ve dış halkadan soğuk akışkan geçirilirken, iç halka boşluktan sıcak akışkan veya nanoakışkan geçirilmektedir. Isı değiştiricisinin boru uzunluğu boyunca akışkanlar arasındaki ısı transfer hızı ve sıcaklık değişimi hesaplanmıştır. Ayrıca farklı hız değerleri parametre alınarak Reynolds sayısı, Nusselt sayısı, sürtünme faktörü, ısı taşınım katsayısı ve ısı değiştiricisi etkenlik değerleri hesaplanmıştır.
Sayısal analiz sonuçlarına göre, ısı değiştiricisi borusu boyunca ısı taşınım katsayısı ve basınç düşüşü, nanoakışkanın hacim konsantrasyonuna ve akış hızına bağlı olarak değişmektedir. Eş merkezli üç borulu ters akışlı ısı değiştiricisinde, %0,5 ve %1 hacim konsantrasyonlarında Al2O3-su, TiO2-su ve GO-su nanoakışkanların kullanılmasının su kullanımına göre karşılaştırıldığında ısı taşınım katsayısı ile Nusselt sayısında artış, sürtünme faktöründe azalma ve ısı değiştiricisinin veriminde artış elde edilmiştir.

Abstract:
Heat exchangers are widely used in different thermal systems for various application areas. The choice of heat exchanger depends on thermal efficiency, working load, size, operating flexibility, compatibility with working fluids, relatively low purchase and maintenance costs. Recently, the use of nanofluids in heat exchangers has become widespread. In this study; a Comparison of the use of Al2O3-water, TiO2-water, and GO-water nanofluids at 0.5% and 1% volume concentrations in a concentric triple tube counter flow heat exchanger concerning water use was made by computational fluid dynamics (CFD) analysis. ANSYS 17.1 Fluent commercial package program was used for numerical analysis. Triple tube heat exchanger consists of a central inner tube, an inner and an outer ring. Cold fluid is passed through the central inner tube and outer ring, while hot fluid or nanofluid is passed through the inner ring cavity. The heat transfer rate and temperature change between the fluids along the pipe length of the heat exchanger were calculated.In addition, Reynolds number, Nusselt number, friction factor, heat convection coefficient, and heat exchanger effectiveness values were calculated by taking different velocity values as parameters.
According to the numerical analysis results, the heat transfer coefficient and pressure drop along the heat exchanger tube vary depending on the volume concentration and flow rate of the nanofluid. The use of Al2O3-water, TiO2-water, and GO-water nanofluids at 0.5% and 1% volume concentrations in a concentric triple tube counter flow heat exchanger showed an increase in heat transfer coefficient, Nusselt number and heat exchanger effectiveness while decrease in friction factor compared to water use.