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

Dağdevir T., Özceyhan V.

Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, cilt.37, sa.1, ss.61-73, 2021 (Hakemli Dergi)

Özet

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.

: In this study, numerical analyzes were performed on a horizontal straight tube under constant heat flux to investigate the effect of different water-based CuOAl2O3 hybrid nanofluid fractions on thermal and hydraulic performance. In the numerical model, a flow development section was created before the test section to provide developed turbulent flow conditions. To model turbulent flow, the k-ω Shear Stress Transport (SST) turbulence model was used and analyzes were performed for Reynolds numbers ranging from 10,000 to 100,000. The thermophysical properties of the nanofluid used were calculated with correlations in the literature. The nanofluidic volume fractions are configured to be 2, 3, 4 and 5% in total. As a result, the highest thermo-hydraulic performance was obtained when the volume fractions of both nanoparticles were close to each other for all Reynolds numbers studied. In addition, it was seen from the results that the volume fraction of Al2O3 has an important effect on the thermo-hydraulic performance value compared to CuO. Correlations were developed with obtained results for Nusselt number and friction factors covering all the investigated configurations.