Grafit İçeren Nanoakışkan Kullanılan Isı Değiştiricisinde Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Analizi
Computational Fluid Dynamics Analysis In Heat Exchanger Using Graphite-Containing Nanofluid
Yazar: Duman, Sevil; Koca, Tarkan
Dergi: Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Vol. 12 No. 26, 2024
Anahtar kelimeler: Energy ; Enerji ; Numerical Methods in Mechanical Engineering ; Makine Mühendisliğinde Sayısal Yöntemler ; Mechanical Engineering (Other) ; Makine Mühendisliği (Diğer) ; Nanofluid,CFD,heat exchanger,helical pipe,graphite ; Nanoakışkan,HAD,ısı değiştirici,helisel Boru,grafit

Bu çalışmada iç içe borulu bir ısı değiştiricide, iç borusu helisel tipte seçilen ve paralel akış koşullarında, nanoakışkan kullanımının ısı transferi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu çalışmanın temel amacı, grafit/saf su nanoakışkanları kullanarak bir ısı değiştiricisinin ısıl performansını deneysel ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ile inceleyerek sonuçları karşılaştırmaktır. Çalışmada sıcak akışkan olarak grafit-saf su nanoakışkanı, soğuk akışkan olarak ise saf su tercih edilmiştir. Sıcak suyun debi değeri 3 l/dk ve giriş sıcaklık değeri 55 °C olarak sabit tutulmuş, soğuk akışkan debisi ise 3 l/dk, 6 l/dk ve 12 l/dk olarak üç farklı seviyede ayarlanmıştır. Saf su ve nanoakışkan kullanımı ile gerçekleştirilen simülasyonlardan ortaya çıkan verilerle hesaplamalar gerçekleştirilmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Analize göre ise soğuk akışkan debisi 3 l/dk iken sıcak ve soğuk akışkan çıkış sıcaklıklarında sırasıyla %6,4 ve %5,4 sapma gözlemlenmiştir. Debi arttıkça sıcak akışkandaki hata oranı %10,7’ye kadar çıkarken, soğuk akışkan tarafında bu oran %1,2–%4,1 aralığında kalmıştır. Bu çalışma, mevcut deneysel veriler kullanılarak gerçekleştirilen HAD analiziyle, söz konusu ısı değiştirici modelinin sayısal doğrulamasını yaparak modelin güvenilirliğini ortaya koymakta ve benzer sistemler için sayısal yöntemlerin doğrulama sürecine katkı sağlamaktadır.

This study, the effects of using a nanofluid on heat transfer were investigated in a double-pipe heat exchanger, where the inner pipe is of helical type and parallel flow conditions are applied. The main purpose of this study is to compare the results by examining the thermal performance of a heat exchanger using graphite/pure water nanofluids experimentally and with Computational Fluid Dynamics (CFD). Graphite-pure water nanofluid was used as the hot fluid, while pure water acted as the cold fluid. The hot fluid flow rate was kept constant at 3 l/min, and the inlet temperature was fixed at 55 °C. The cold fluid flow rate was tested at three different values: 3 l/min, 6 l/min, and 12 l/min. Calculations were performed using simulation data for both fluids, and the results were compared. According to the analysis, when the cold fluid flow rate was 3l/min, a deviation of 6.4% and 5.4% was observed in the hot and cold fluid outlet temperatures, respectively. As the flow rate increases, the error rate in the hot fluid increases up to 10.7%, while this rate remains between 1.2% and 4.1% on the cold fluid side. This study demonstrates the reliability of the model by performing the numerical verification of the heat exchanger model with the CFD analysis performed using the existing experimental data and contributes to the verification process of numerical methods for similar systems.