Gözyaşı desenli kanallarda ND+Fe3O4/Su-EG hibrit nanoakışkanın akış ve ısı transferi karakteristiklerinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of flow and heat transfer characteristics of ND+Fe3O4/Su-EG hybrid nanofluid in teardrop shaped dimpled channels
Yazar: ESRA SABAN
Danışman: PROF. DR. ENGİN GEDİK
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Isı geçişi = Heat transfer ; Isı transferi =   ; Nanoakışkanlar = Nanofluids

Özet:
Bu çalışmada, farklı boyutlarda gözyaşı damlası şeklindeki çukur kanat yapısına sahip dairesel kesitli kanaldan akan farklı hacimsel konsantrasyona (φ) sahip nanoelmas+Fe3O4/Su+Etilen Glikol hibrit nanoakışkanının akış ve ısı transferi karakteristikleri sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmada nanoelmas (ND) ve Fe3O4'ün baz akışkanlar içerisindeki hacimsel oranı φ= %0,1 ve %0,2 olarak belirlenmiştir. Ayrıca hibrit nanoakışkanın akış ve ısıl karakteristiklerini detaylı bir şekilde inceleyebilmek için sadece suyun (H2O), etilen glikolün (EG) ve %60Su+%40Etilen Glikol karışımından oluşan baz akışkanlar ile kıyaslamaları yapılmıştır. Benzer şekilde gözyaşı damlası şeklindeki çukur kanatçıkların (PK1 ve PK2) etkisini incelemek için ise analizler dairesel kesitli düz kanal (DK) analizleri ile karşılaştırılmıştır. Sonlu elemanlar yöntemiyle yürütülen analizlerde kanal yüzeyine q"= 600 W/m2 sabit ısı akısı uygulanmış ve analizler laminer akış şartlarında (500≤𝑅𝑒≤2000) yapılmıştır. Sayısal analiz sonuçlarına göre çalışmada incelenen bütün kanallar için taşınımla olan ısı transferi değeri Reynolds sayısı ile artış göstermiştir. Nanopartikül hacimsel konsantrasyon artışı da bu artışı desteklemiştir. DK kanalda baz akışkan suya göre en yüksek taşınımla olan ısı transferi artışı %44,4 ile φ=%0,2ND+Fe3O4/Su+Etilen Glikol hibrit nanoakışkanında gerçekleşmiştir. Bununla birlikte nanopartikül hacimsel konsantrasyon artışı kanal içi basınç düşümü değerlerini de arttırmıştır. Çalışmada aynı zamanda ısı transfer artış miktarının basınç düşümü artış miktarına oranı olarak tanımlanan Performans Değerlendirme Katsayısı (PDK) değerleri belirlenmiş olup en yüksek PDK değeri 4,26 ile PK2 kanalında %0,1 hacimsel konsantrasyonlu ND+Fe3O4/Su+Etilen Glikol nanoakışkanda elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, the flow and heat transfer characteristics of nanodiamond + Fe3O4/Water + Ethylene Glycol hybrid nanofluid with different volumetric concentration (φ) flowing through a circular cross-section channel with a teardrop-shaped dimple fin structure of different sizes were numerically investigated. In the study, the volumetric ratio of nanodiamond (ND) and Fe3O4 in the base fluids was determined as φ=%0.1 and %0.2. In addition, in order to examine the flow and thermal characteristics of the hybrid nanofluid in detail, comparisons were made with base fluids consisting of only water (H2O), ethylene glycol (EG) and a mixture of %60Water+%40Ethylene Glycol. Similarly, to examine the effect of teardrop-shaped dimple fins (PK1 and PK2), the analyzes were compared with circular cross-section smooth channel (DK) analyses. In the analyzes carried out with the finite element method, a constant heat flux of q" = 600 W/m2 was applied to the channel surface and the analyzes were carried out under laminar flow conditions (500≤𝑅𝑒≤2000). According to the numerical analysis results, the convective heat transfer value for all channels examined in the study increased with the Reynolds number. The increase in nanoparticle volumetric concentration also supported this increase. In the DK channel, the highest convection heat transfer increase compared to the base fluid water was realized in the φ=%0.2 ND+Fe3O4/Water+Ethylene Glycol hybrid nanofluid with %44.4. However, the nanoparticle volumetric increase in concentration also increased the pressure drop values inside the channel. In the study, the Performance Evaluation Coefficient (PEC) values, defined as the ratio of the heat transfer increase amount to the pressure drop increase amount, were determined, and the highest PEC value was 4.26 in the PK2 channel with %0.1 volumetric concentration ND+Fe3O4/Water+Ethylene Glycol was obtained in nanofluid.