Eş merkezli iç içe borulu ve plakalı ısı değiştiricilerde grafen nano plaka (GNP)-CUO/saf su hibrit nano akışkanın performansının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the performance of graphene nanoplatelet (GNP)-CUO/distilled water hybrid nano fluid in concentric tube and plate heat exchangers
Yazar: YETKİN ŞEN
Danışman: DOÇ. DR. HALİL İBRAHİM VARİYENLİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı değiştiriciler = Heat exchangers

Özet:
Günümüzde birçok farklı uygulamada kullanılan ısı değiştiricilerdeki ısı transferi performansının iyileştirilmesi için iş akışkanı olarak nano akışkanların kullanımı tercih edilen yöntemlerden biridir. Hibrit grafen nano plaka bakır oksit (GNP-CuO) ve saf sudan oluşan hibrit nano akışkanın kullanıldığı bu çalışma eş merkezli iç içe borulu ve plakalı iki farklı ısı değiştiricide gerçekleştirilmiştir. Eş merkezli iç içe borulu ısı değiştiricide gerçekleştirilen deneyler paralel ve zıt akışta gerçekleştirilmiştir. Bu deneylerde hibrit nano akışkanın ısıl performansı deneysel olarak incelenmiştir. Hibrit nano akışkanın hazırlanması sırasında iki aşamalı yöntem uygulanmıştır. Hacimce %0,5 oranlarında GNP ve CuO nano partikülleri, %0,05 oranında ise yüzey aktifleştirici olarak sodyum dodesil benzen sülfonat kullanılmıştır. Yüzey aktifleştirici ile nano akışkanın kararlılığının artırılması ve nano partiküllerin çökelmesinin önlenmesi amaçlanmıştır. Eş merkezli iç içe borulu ısı değiştiricide farklı sıcak akışkan akış debilerinde gerçekleştirilen deneyler sonucunda toplam ısı transferi katsayısında paralel akışta ortalama %5,5, zıt akışta ortalama %13,7 artış sağlanmıştır. Plakalı ısı değiştiricide farklı soğuk akışkan çıkış sıcaklıklarında gerçekleştirilen deney sonucunda toplam ısı transfer katsayısında ortalama %16,7 artış sağlanmıştır. Elde edilen bu sonuçlarla, GNP + CuO / saf sudan oluşan hibrit nano akışkanın geleneksel çalışma akışkanlarına göre daha yüksek ısı taşınım katsayısına sahip olduğu ve ısı değiştiricilerin ısıl performansının iyileştirilmesi için tercih edilebileceği görülmüştür.

Abstract:
The use of nanofluids as a working fluid is one of the preferred methods to improve the performance of heat transfer in heat exchangers used in many different applications today. This study, in which a hybrid nanofluid consisting of hybrid graphene nanoplate copper oxide (GNP-CuO) and pure water was used, was carried out in concentric tube and plate heat exchangers. Experiments in the concentric tube heat exchanger were carried out in parallel and in counter flow. In these experiments, the thermal performance of the hybrid nano fluid has been experimentally investigated. During the preparation of the hybrid nanofluid, a two-stage method was applied. GNP and CuO nanoparticles were used at a rate of 0.5% by volume, and sodium dodecyl benzene sulfonate was used as a surfactant at a rate of 0.05%. It is aimed to increase the stability of the nanofluid and to prevent the precipitation of nanoparticles with surfactant. As a result of the experiments performed at different hot fluid flow rates in a concentric tube heat exchanger, an average of 5.5% increase in parallel flow and an average of 13.7% increase in counterflow was achieved for the total heat transfer coefficient. As a result of the experiment performed at different cold fluid outlet temperatures in the plate heat exchanger, an average increase of 16.7% was achieved for the total heat transfer coefficient. With these results, it was found that the hybrid nanofluid consisting of GNP + CuO / pure water has a higher heat transfer coefficient than conventional working fluids and can be preferred for improving the thermal performance of heat exchangers.