Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Bir Isı Değiştiricisinde Su Bazlı Hibrit Nanoakışkan Kullanımının Termal ve Hidrolik Performans Üzerine Etkisinin Araştırılması

Yıl 2021, Cilt: 37 Sayı: 1, 61 - 73, 28.04.2021

Öz

Bu çalışmada, su bazlı farklı CuO-Al2O3 hibrit nanoakışkan fraksiyonlarının termal ve hidrolik performans üzerindeki etkisini araştırmak üzere sabit ısı akısı altındaki yatay bir düz boruda sayısal analizler yapılmıştır. Sayısal modelde gelişmiş türbülanslı akışı şartlarını sağlamak için test bölgesinden önce akış gelişim bölgesi oluşturulmuştur. Türbülanslı akışı modellemek için k-ω Shear Stress Transport (SST) türbülans modeli kullanılmış ve 10.000 ila 100.000 arasında değişen Reynolds sayısı için analizler gerçekleştirilmiştir. Kullanılan nanoakışkanın termo-fiziksel özellikleri literatürdeki korelasyonlar ile hesaplanmıştır. Nanoakışkan hacim fraksiyonları toplamda, %2, 3, 4 ve 5 olacak şekilde konfigüre edilmiştir. Sonuç olarak, en yüksek termo-hidrolik performans, incelenen tüm Reynolds sayıları için her iki nanopartikülün hacim fraksiyonları birbirine yakın olduğu durumda elde edilmiştir. Ayrıca elde edilen sonuçlardan Al2O3'in hacim fraksiyonunun CuO'e kıyasla termo-hidrolik performans değeri üzerinde daha önemli bir etkisi olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlar kullanılarak incelenen tüm konfigürasyonları kapsayan Nusselt sayısı ve sürtünme faktörleri için korelasyonlar geliştirilmiştir.

Destekleyen Kurum

Erciyes Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri ve Koordinasyon Birimi

Proje Numarası

FDK-2018-7977

Teşekkür

Yazarlar FDK-2018-7977 projesi kapsamında laboratuvar ve altyapı desteği sunan Erciyes Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri ve Koordinasyon Birimine teşekkürlerini sunar.

Kaynakça

  • Webb, R. L. Advances in shell side boiling of refrigerants. Advances in shell side boiling of refrigerants, 87(1991), 75–86.
  • Jaber, M. H..Webb, R.and Stryker, P. An experimental investigation of enhanced tubes for steam condensers. , in Conference: An experimental investigation of enhanced tubes for steam condensers, 1991, (1991), , 1–8.
  • Sunden, B. and Xie, G. Gas Turbine Blade Tip Heat Transfer and Cooling: A Literature Survey. Heat Transfer Engineering, 31(2010), 527–554.
  • Saidur, R..Leong, K. Y.and Mohammad, H. A. A review on applications and challenges of nanofluids. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(2011), 1646–1668.
  • Eiamsa-ard, S. and Promvonge, P. Numerical study on heat transfer of turbulent channel flow over periodic grooves. International Communications in Heat and Mass Transfer, 35(2008), 844–852.
  • Azari, A..Kalbasi, M..Derakhshandeh, M.and Rahimi, M. An Experimental Study on Nanofluids Convective Heat Transfer Through a Straight Tube under Constant Heat Flux. Chinese Journal of Chemical Engineering, 21(2013), 1082–1088.
  • Zeinali Heris, S..Etemad, S. G.and Nasr Esfahany, M. Experimental investigation of oxide nanofluids laminar flow convective heat transfer. International Communications in Heat and Mass Transfer, 33(2006), 529–535.
  • Heyhat, M. M..Kowsary, F..Rashidi, A. M..Alem Varzane Esfehani, S.and Amrollahi, A. Experimental investigation of turbulent flow and convective heat transfer characteristics of alumina water nanofluids in fully developed flow regime. International Communications in Heat and Mass Transfer, 39(2012), 1272–1278.
  • Tawfik, M. M. Experimental studies of nanofluid thermal conductivity enhancement and applications: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 75(2017), 1239–1253.
  • Keklikcioglu, O..Dagdevir, T.and Ozceyhan, V. Heat transfer and pressure drop investigation of graphene nanoplatelet-water and titanium dioxide-water nanofluids in a horizontal tube. Applied Thermal Engineering, 162(2019).
  • Dagdevir, T. and Ozceyhan, V. Optimization of process parameters in terms of stabilization and thermal conductivity on water based TiO2 nanofluid preparation by using Taguchi method and Grey relation analysis. International Communications in Heat and Mass Transfer, (2020), 105047.
  • Sajid, M. U. and Ali, H. M. Recent advances in application of nanofluids in heat transfer devices: A critical review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 103(2019), 556–592.
  • Dagdevir, T..Keklikcioglu, O.and Ozceyhan, V. The effect of chamfer length on thermal and hydraulic performance in Al2O3–water nanofluid flow through a duct of square cross section. Heat Transfer Research, 50(2019).
  • Wen, D. and Ding, Y. Experimental investigation into convective heat transfer of nanofluids at the entrance region under laminar flow conditions. International Journal of Heat and Mass Transfer, 47(2004), 5181–5188.
  • Sahin, B..Gültekin, G. G..Manay, E.and Karagoz, S. Experimental investigation of heat transfer and pressure drop characteristics of Al2O3–water nanofluid. Experimental Thermal and Fluid Science, 50(2013), 21–28.
  • Hemmat Esfe, M..Saedodin, S.and Mahmoodi, M. Experimental studies on the convective heat transfer performance and thermophysical properties of MgO–water nanofluid under turbulent flow. Experimental Thermal and Fluid Science, 52(2014), 68–78.
  • Trisaksri, V. and Wongwises, S. Critical review of heat transfer characteristics of nanofluids. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 11(2007), 512–523.
  • Nuim Labib, M..Nine, M. J..Afrianto, H..Chung, H.and Jeong, H. Numerical investigation on effect of base fluids and hybrid nanofluid in forced convective heat transfer. International Journal of Thermal Sciences, 71(2013), 163–171.
  • Demir, H..Dalkilic, A. S..Kürekci, N. A..Duangthongsuk, W.and Wongwises, S. Numerical investigation on the single phase forced convection heat transfer characteristics of TiO2 nanofluids in a double-tube counter flow heat exchanger. International Communications in Heat and Mass Transfer, 38(2011), 218–228.
  • Palm, S. J..Roy, G.and Nguyen, C. T. Heat transfer enhancement with the use of nanofluids in radial flow cooling systems considering temperature-dependent properties. Applied Thermal Engineering, 26(2006), 2209–2218.
  • Göktepe, S..Atalık, K.and Ertürk, H. Comparison of single and two-phase models for nanofluid convection at the entrance of a uniformly heated tube. International Journal of Thermal Sciences, 80(2014), 83–92.
  • Rashidi, M. M. and Hosseini, A. and Pop, I. and Kumar, S. and Freidoonimehr, N. Comparative numerical study of single and two-phase models of nanofluid heat transfer in wavy channel. Applied Mathematics and Mechanics, 35(2014), 831–848.
  • Ghafouri, A. and Salari, M. Numerical investigation of the heat transfer enhancement using various viscosity models in chamber filled with water–CuO nanofluid. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 36(2014), 825–836.
  • Dawood, H. K..Mohammed, H. A..Sidik, N. A. C.and Munisamy, K. M. Numerical investigation on heat transfer and friction factor characteristics of laminar and turbulent flow in an elliptic annulus utilizing nanofluid. International Communications in Heat and Mass Transfer, 66(2015), 148–157.
  • Cengel, Y. A. and John, C. M. Fuid Mechanics: Fundamentals and Applications, (2012). MCGraw-Hill Education, 2012.
  • Salim, M. S. and S.C., C. Wall y+ Strategy for Dealing with Wall-bounded Turbulent Flows. , in Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists 2009 Vol II, 2009, (2009), , 2165–2170.
  • Welty, J. R..Rorrer, G. L.and Foster, D. . Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer, 6th ed., (2014). New Jersey, 2014.
  • White, F. M. Viscous Fluid Flow, 2nd ed., (1991). McGraw Hill, 1991.
  • Rostamani, M..Hosseinizadeh, S. F..Gorji, M.and Khodadadi, J. M. Numerical study of turbulent forced convection flow of nanofluids in a long horizontal duct considering variable properties. International Communications in Heat and Mass Transfer, 37(2010), 1426–1431.
  • Duangthongsuk, W. and Wongwises, S. An experimental study on the heat transfer performance and pressure drop of TiO2-water nanofluids flowing under a turbulent flow regime. International Journal of Heat and Mass Transfer, 53(2010), 334–344.
  • Karimzadehkhouei, M..Yalcin, S. E..Şendur, K..Pınar Mengüç, M.and Koşar, A. Pressure drop and heat transfer characteristics of nanofluids in horizontal microtubes under thermally developing flow conditions. Experimental Thermal and Fluid Science, 67(2015), 37–47.
  • Zhang, J..Diao, Y..Zhao, Y.and Zhang, Y. Experimental study of TiO 2 –water nanofluid flow and heat transfer characteristics in a multiport minichannel flat tube. International Journal of Heat and Mass Transfer, 79(2014), 628–638.
  • Meriläinen, A. et al. Influence of particle size and shape on turbulent heat transfer characteristics and pressure losses in water-based nanofluids. International Journal of Heat and Mass Transfer, 61(2013), 439–448.
  • He, Y..Jin, Y..Chen, H..Ding, Y..Cang, D.and Lu, H. Heat transfer and flow behaviour of aqueous suspensions of TiO2 nanoparticles (nanofluids) flowing upward through a vertical pipe. International Journal of Heat and Mass Transfer, 50(2007), 2272–2281.
  • Ko, G. H. et al. An experimental study on the pressure drop of nanofluids containing carbon nanotubes in a horizontal tube. International Journal of Heat and Mass Transfer, 50(2007), 4749–4753.
  • Duangthongsuk, W. and Wongwises, S. Effect of thermophysical properties models on the predicting of the convective heat transfer coefficient for low concentration nanofluid. International Communications in Heat and Mass Transfer, 35(2008), 1320–1326.
  • Duangthongsuk, W. and Wongwises, S. Heat transfer enhancement and pressure drop characteristics of TiO2–water nanofluid in a double-tube counter flow heat exchanger. International Journal of Heat and Mass Transfer, 52(2009), 2059–2067.
  • Fluent. ANSYS Fluent User Guide. , (2016). New Hampshire, 2016.
  • Hamilton RL. and Crosser OK. Thermal conductivity of heterogeneous two-component systems. Industrial \& Engineering chemistry fundamentals, 1(1962), 187–191.
  • Das, P. K..Mallik, A. K..Ganguly, R.and Santra, A. K. Stability and thermophysical measurements of TiO2 (anatase) nanofluids with different surfactants. Journal of Molecular Liquids, 254(2018), 98–107.
  • Kumar, A. and Subudhi, S. Preparation, characterization and heat transfer analysis of nanofluids used for engine cooling. Applied Thermal Engineering, 160(2019), 114092.
  • Ghadimi, A..Saidur, R.and Metselaar, H. S. C. A review of nanofluid stability properties and characterization in stationary conditions. International Journal of Heat and Mass Transfer, 54(2011), 4051–4068.
  • Webb, R. L. Performance evaluation criteria for use of enhanced heat transfer surfaces in heat exchanger design. International Journal of Heat and Mass Transfer, 24(1981), 715–726.
Toplam 43 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular Mühendislik
Bölüm Makale
Yazarlar

Toygun Dağdevir 0000-0001-7388-3391

Veysel Özceyhan 0000-0003-3829-9477

Proje Numarası FDK-2018-7977
Yayımlanma Tarihi 28 Nisan 2021
Yayımlandığı Sayı Yıl 2021 Cilt: 37 Sayı: 1

Kaynak Göster

APA Dağdevir, T., & Özceyhan, V. (2021). Bir Isı Değiştiricisinde Su Bazlı Hibrit Nanoakışkan Kullanımının Termal ve Hidrolik Performans Üzerine Etkisinin Araştırılması. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 37(1), 61-73.
AMA Dağdevir T, Özceyhan V. Bir Isı Değiştiricisinde Su Bazlı Hibrit Nanoakışkan Kullanımının Termal ve Hidrolik Performans Üzerine Etkisinin Araştırılması. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. Nisan 2021;37(1):61-73.
Chicago Dağdevir, Toygun, ve Veysel Özceyhan. “Bir Isı Değiştiricisinde Su Bazlı Hibrit Nanoakışkan Kullanımının Termal Ve Hidrolik Performans Üzerine Etkisinin Araştırılması”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 37, sy. 1 (Nisan 2021): 61-73.
EndNote Dağdevir T, Özceyhan V (01 Nisan 2021) Bir Isı Değiştiricisinde Su Bazlı Hibrit Nanoakışkan Kullanımının Termal ve Hidrolik Performans Üzerine Etkisinin Araştırılması. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 37 1 61–73.
IEEE T. Dağdevir ve V. Özceyhan, “Bir Isı Değiştiricisinde Su Bazlı Hibrit Nanoakışkan Kullanımının Termal ve Hidrolik Performans Üzerine Etkisinin Araştırılması”, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, c. 37, sy. 1, ss. 61–73, 2021.
ISNAD Dağdevir, Toygun - Özceyhan, Veysel. “Bir Isı Değiştiricisinde Su Bazlı Hibrit Nanoakışkan Kullanımının Termal Ve Hidrolik Performans Üzerine Etkisinin Araştırılması”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 37/1 (Nisan 2021), 61-73.
JAMA Dağdevir T, Özceyhan V. Bir Isı Değiştiricisinde Su Bazlı Hibrit Nanoakışkan Kullanımının Termal ve Hidrolik Performans Üzerine Etkisinin Araştırılması. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2021;37:61–73.
MLA Dağdevir, Toygun ve Veysel Özceyhan. “Bir Isı Değiştiricisinde Su Bazlı Hibrit Nanoakışkan Kullanımının Termal Ve Hidrolik Performans Üzerine Etkisinin Araştırılması”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, c. 37, sy. 1, 2021, ss. 61-73.
Vancouver Dağdevir T, Özceyhan V. Bir Isı Değiştiricisinde Su Bazlı Hibrit Nanoakışkan Kullanımının Termal ve Hidrolik Performans Üzerine Etkisinin Araştırılması. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2021;37(1):61-73.

✯ Etik kurul izni gerektiren, tüm bilim dallarında yapılan araştırmalar için etik kurul onayı alınmış olmalı, bu onay makalede belirtilmeli ve belgelendirilmelidir.
✯ Etik kurul izni gerektiren araştırmalarda, izinle ilgili bilgilere (kurul adı, tarih ve sayı no) yöntem bölümünde, ayrıca makalenin ilk/son sayfalarından birinde; olgu sunumlarında, bilgilendirilmiş gönüllü olur/onam formunun imzalatıldığına dair bilgiye makalede yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, makalelerde Araştırma ve Yayın Etiğine uyulduğuna dair ifadeye yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, hakem, yazar ve editör için ayrı başlıklar altında etik kurallarla ilgili bilgi verilmelidir.
✯ Dergide ve/veya web sayfasında, ulusal ve uluslararası standartlara atıf yaparak, dergide ve/veya web sayfasında etik ilkeler ayrı başlık altında belirtilmelidir. Örneğin; dergilere gönderilen bilimsel yazılarda, ICMJE (International Committee of Medical Journal Editors) tavsiyeleri ile COPE (Committee on Publication Ethics)’un Editör ve Yazarlar için Uluslararası Standartları dikkate alınmalıdır.
✯ Kullanılan fikir ve sanat eserleri için telif hakları düzenlemelerine riayet edilmesi gerekmektedir.