Geri Dön

Mini kanallı gövde borulu ısı değiştiricide nanoakışkan kullanımının deneysel incelenmesi

Experimental investigation of nanofluid use in mini-channel shell and tube heat exchanger

PDF İndir

  1. Tez No: 822845
  2. Yazar: MEHMET SENAN YILMAZ
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN KÜÇÜK, DOÇ. DR. MURAT ÜNVERDİ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Sakarya Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Gövde borulu ısı değiştiricilerde pasif ısı geçişi iyileştirme yöntemlerinden, kanal boyutlarının makrodan miniye düşürülmesi; malzeme, hacim ve enerji tasarrufu sağlayarak, maliyetleri azaltacaktır. Ayrıca kompaktlık artışıyla, daha küçük hacimde, daha az ısı geçişi alanıyla, daha yoğun ısı geçişi sağlanırken, kullanılacak aracı akışkanların miktarı da azalacaktır. Buna ek olarak diğer pasif ısı geçişi iyileştirme yöntemiyle, aracı akışkanlara katı partiküller eklenerek, ısı değiştiricilerin performansı artırılabilir. Bu amaçla saf aracı akışkanlara (su, yağ, etilen glikol gibi) nano partiküllerin eklenmesiyle ve termofiziksel özelikler değiştirilerek elde edilen nanoakışkanlarla, ısı geçişinin daha da iyileştirilebileceği düşünülmektedir. Bu çalışmada, Kern yöntemine göre tasarlanan, tek geçişli mini kanallı gövde borulu ısı değiştiricide, boru tarafındaki taşınımla ısı geçişi ve basınç düşümü deneysel incelenmiştir. Deneyler, gövde tarafındaki sıcak akışkandan (40C'deki sıcak su) boru tarafındaki soğuk akışkana (20C'deki soğuk su ve nanoakışkanlar), zıt akış koşullarında yapılmıştır. Boru tarafındaki su ve altı farklı (%0,02, %0,1, %0,2, %0,4, %0,6 ve %0,8) hacimsel oranda hazırlanan Al2O3-su nanoakışkanlarının ısı geçişi ve basınç düşümü performansları, geçiş akışı ve türbülanslı akış koşullarında (1900<Reb<10.000) incelenmiştir. Tasarlanan mini kanallı gövde boru ısı değiştiricinin ısı geçişi ve basınç düşümü sonuçlarının doğruluğu, sudan suya yapılan deneylerle (60-600 l/sa.) kontrol edilmiştir. Bu deneylerde, boru tarafı ısı geçişi sonuçlarının laminer akış (Kern, Shah ve Sieder Tate bağıntılarıyla), geçiş akışı ve türbülanslı akış (Gnielinski ve Hausen bağıntılarıyla) bölgelerinde literatürle uyumu doğrulanmıştır. Boru tarafı basınç düşümü sonuçlarının ise Shah bağıntısıyla uyumlu olduğu elde edilmiştir. Ayrıca gövde tarafı ısı geçişi sonuçlarının da literatürle (Kern ve McAdam bağıntılarıyla) uyumu kontrol edilerek doğrulanmıştır. Nanoakışkanların ısı geçişi ve basınç düşümü sonuçlarının suyla karşılaştırıldığı deneylerde (125-600 l/sa.); hacimsel debi arttıkça ısı taşınım katsayısının ve basınç düşümünün arttığı, ısı taşınım katsayısındaki en yüksek iyileşmenin %0,4 hacimsel oranda elde edildiği ve bu hacimsel oranın üzerinde ısı taşınım katsayısının azaldığı, nanoakışkanların basınç düşümünün suya göre daha yüksek olduğu, artan hacimsel oranla basınç düşümünün yükseldiği ve %0,8 hacimsel oranda en yüksek olduğu, yüzey akış alanı iyileştirme faktörüne (j/f) göre de en uygun hacimsel oranın ve hacimsel debinin sırasıyla %0,4 ve 375 l/sa. olduğu elde edilmiştir. Suya göre, 0,4 hacimsel oranlı Al2O3-su nanoakışkanıyla 375 l/sa.'de ısı taşınım katsayısındaki iyileşme %49,3, sürtünme faktöründeki artış %21 ve yüzey akış alanı iyileştirme faktöründeki artış %21,4 elde edilmiştir. En uygun hacimsel oranlı nanoakışkanın deneysel Nu sayısı ve sürtünme faktörü sonuçları, literatürde nanoakışkanlar için önerilen Nu sayısı (Vajjha ve ark., 2010, Pak ve Cho, 1998, Maiga ve ark., 2005) ve sürtünme faktörü (Vajjha ve ark., 2010 ve Sundar ve ark., 2012) bağıntılarıyla karşılaştırılmıştır. Ayrıca su ve altı farklı hacimsel oranlı nanoakışkanlar için deneysel Nu sayısı ve sürtünme faktörü bağıntıları türetilmiştir.

Özet (Çeviri)

Reducing channel sizes from macro to mini is a passive heat transfer enhancement method. Using this method in shell and tube heat exchangers will reduce costs by saving material, volume, and energy. More compactness results in a more intense heat transfer with a smaller volume and a smaller heat transfer area. It also reduces the amount of working fluid. In addition, the performance of heat exchangers can be enhanced by adding solid particles to the working fluids through another passive heat transfer enhancement method. It is believed that heat transfer can be further enhanced by adding nanoparticles to pure working fluids (such as water, oil, and ethylene glycol) and obtaining nanofluids by changing their thermophysical properties. This study experimentally investigated heat transfer and pressure drop on the tube side of a single-pass mini-channel shell and tube heat exchanger designed according to the Kern method. The experiments were carried out under counterflow conditions from hot fluid (hot water at 40°C) at the shell side to cold fluid (cold water and nanofluids at 20°C) at the tube side. The heat transfer and pressure drop performances of tube-side water and Al2O3-water nanofluids prepared in six different volumetric concentrations (0.02%, 0.1%, 0.2%, 0.4%, 0.6% and 0.8%) were investigated under transitional flow and turbulent flow conditions (1900<Ret<10,000). The accuracy of the heat transfer and pressure drop results of the mini-channel shell and tube heat exchanger was checked by water-to-water experiments (60-600 l/h). These experiments confirmed the agreement of the tube-side heat transfer results with the literature in the laminar (Kern, Shah, and Sieder Tate correlations), transitional flow, and turbulent flow (Gnielinski and Hausen correlations) regions. The tube-side pressure drop results were in agreement with the Shah correlation. In addition, the shell-side heat transfer results were also verified by checking their agreement with the literature (Kern and McAdam correlations). The experiments (125-600 l/h) comparing heat transfer and pressure drop results of nanofluids with water yielded the following results: (1) As the volumetric flow rate increases, the convective heat transfer coefficient and pressure drop increase. (2) The highest enhancement in the convective heat transfer coefficient is achieved at a 0.4% volumetric concentration. (3) The convective heat transfer coefficient decreases above 0.4% volumetric concentration. (4) Nanofluids have higher pressure drop than water. (5) Pressure drop increases with increasing volumetric concentration. (6) Pressure drop is highest at 0.8% volumetric concentration. (7) According to the surface flow area goodness factor (j/f), the optimum volumetric concentration and volumetric flow rate are 0.4% and 375 l/h, respectively. At 375 l/h with a 0.4% volumetric concentration Al2O3-water nanofluid, the enhancement in convective heat transfer coefficient is 49.3%, the increase in friction factor is 21% and the increase in surface flow area goodness factor is 21.4%, compared to water. The experimental Nu number and friction factor results of the nanofluid with the optimum volumetric concentration were compared with the Nu number (Vajjha et al, 2010 Pak and Cho, Maiga et al.,2005) and friction factor (Vajjha et al, 2010 and Sundar et al., 2012) correlations proposed for nanofluids in the literature.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    730928

    Spiral mini kanallı evaporatör tasarımı ve analizi

    Design and analysisof evaporator with spiral mini channel

    EREN ALGAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Makine MühendisliğiHitit Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İRFAN KURTBAŞ

  2. Tez No

    997126

    Düşük irtifa iha aerodinamik analizleri ve protatip imalatı

    Low altitude uav aerodynamic analysis and prototype manufacturing

    EMRE CAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Metalurji MühendisliğiBilecik Şeyh Edebali Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BURAK ÖZTÜRK

    ÖĞR. GÖR. OSMAN ÖZDAMAR

  3. Tez No

    363546

    Modelling, control and implementation of an unmanned vertical take-off and landing aircraft

    Dikey iniş kalkış yapabilen bir insansız hava aracının modellenmesi, kontrolü ve gerçeklenmesi

    FARABİ AHMED TARHAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ

  4. Tez No

    661458

    A study for the effects of turbine blade out on structural integrity of TJ90 turbojet engine

    TJ90 turbojet motorunda türbin kanatçık kaybının motor yapısal bütünlüğüne etkisi

    YÜCEL BEKİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MESUT KIRCA

  5. Tez No

    889273

    Sıvı ilaçlama ve gübreleme maksadıyla kullanılacak sabit kanatlı bir mini insansız hava aracının tasarımı, üretimi ve performans testleri

    Design, production and performance tests of a fixed wing mini unmanned aerial vehicle to be used for liquid spraying and fertilization

    MUHAMMED İKBAL KARA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Uçak MühendisliğiErciyes Üniversitesi

    Uçak Gövde Motor Bakım Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÇAĞRI VAKKAS YILDIRIM

Geri Dön