Nano akışkan içeren bir ısı borusunun hacim ısıtmasına yönelik panel radyatöre adaptasyonu, geometrik optimizasyonu ve performans testleri
Adaptation, geometrical optimization and performance tests of a heat pipe containing nanofluid in a panel radiator for space heating
- Tez No: 984158
- Danışmanlar: PROF. DR. ATİLLA BIYIKOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Doğal taşınım, Isı iletimi, Çok kriterli optimizasyon, Natural convection, Heat conduction, Multi criteria optimization
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, Alüminyum Panel Konvektör Panel (PKP) radyatörlerin termal verimliliğini ve ağırlığını optimize etmek için bir matematiksel model ve çok amaçlı geometrik optimizasyona yönelik tasarım metodolojisi sunulmuştur. Kompozit kanatçık kullanılarak geliştirilen model, iletim, doğal taşınım ve ışınım etkilerini dikkate almaktadır. Geliştirilen modelin doğruluğu, Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü Isı Bilimleri Laboratuvarı'ndaki test odasında, TS EN 442 standardına göre piyasada bulunan muadil bir radyatör üzerinde yapılan test sonuçları kullanılarak doğrulanmıştır. 1000 mm uzunluğunda, 600 mm yükseklik, 40 mm kalınlığındaki radyatör için TS EN 442 radyatör test sonuçlarının doğrulamasına yönelik sayısal model oluşturulmuştur. Test odası, ANSI/ASHRAE-138 standardına göre donatılmış ve TS EN 442 radyatör testine uygun hale getirilmiştir. Oluşturulan model, radyatör dilim sayısı, su borusu konumu ve panel kalınlıkları gibi tasarım değişkenlerini girdi olarak almakta ve 35°C-75°C aralığındaki su giriş sıcaklıkları için ısı transfer miktarını ve sıcaklık dağılımını hesaplamaktadır. Bu model, çok amaçlı optimizasyon yöntemlerinden, çok amaçlı genetik algoritmayı kullanarak ısı transferini maksimize ederken ağırlığı minimize etmektedir. Sonuçlar, optimum tasarımın termal performans ile ağırlık etkilerini içermektedir. Optimum tasarımın HAD analizi yapılarak 75-65 oC radyatör giriş/çıkış sıcaklıklarında simülasyon sonuçları sunulmuştur. Bir radyatör dilimi için hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) modeli, ayrı ayrı, uygun sınır şartları kullanılarak ANSYS CFD programında koşulmuştur. HAD sonucunda, radyatör elemanları ile oda içerisindeki havanın sıcaklık ve hız dağılımları, akım çizgilerinin doğrultuları ve panel yüzeylerindeki taşınım ısı transfer katsayısı dağılımları elde edilmiştir. HAD sonuçları deneysel verilerle karşılaştırılarak tasarlanan radyatör geometrisinin hem doğruluğu test edilmiş hem de termal performansa etkisi belirlenmiştir. Bu çalışma, daha verimli ve hafif PKP radyatörlerin tasarımına yönelik geometri önerileri sunmakta ve optimum işletme parametreleri aralıklarını belirlemektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, a mathematical model and design methodology for multi-objective geometric optimization have been presented to optimize the thermal efficiency and weight of Aluminum Panel Convector Panel (PKP) radiators. The model, developed using composite fins, takes into account conduction, natural convection, and radiation effects. The accuracy of the developed model was validated using test results from a commercially available equivalent radiator in a test room at Gazi University Faculty of Engineering, Department of Mechanical Engineering, Heat Sciences Laboratory, according to the TS EN 442 standard. A numerical model was applied to validate the TS EN 442 radiator test results for a radiator measuring 1000 mm in length, 600 mm in height, and 40 mm in thickness. The test room was equipped according to the ANSI/ASHRAE-138 standard and adapted for the TS EN 442 radiator test. The created model takes design variables such as the number of radiator sections, water pipe position, and panel thicknesses as inputs and calculates the heat transfer amount and temperature distribution for water inlet temperatures ranging from 35°C to 75°C. Using multi-objective optimization methods, specifically a multi-objective genetic algorithm, the model maximizes heat transfer while minimizing weight. The results include the effects of thermal performance and weight for the optimal design. A Fluent analysis was performed for the optimal design at radiator inlet/outlet temperatures of 75-65°C, with simulation results presented. The CFD model for a radiator section was run separately in ANSYS CFD using appropriate boundary conditions. CFD results provided temperature and velocity distributions of air in the room and radiator elements, flow line directions, and convection heat transfer coefficient distributions on panel surfaces. Comparing CFD results with experimental data tested both the accuracy of the designed radiator geometry and its impact on thermal performance. This study offers geometry recommendations for designing more efficient and lightweight PKP radiators and defines optimal operating parameter ranges.
Benzer Tezler
- Mikroakışkan çip tasarımı ve analizi
Microfluidics chip desing and analysis
İSMET ÜNALLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Mekatronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. SEZGİN ERSOY
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSHAK ERTUĞRUL
- Experimental investigation of nanofluid behavior in microchannels
Mikrokanallarda nanoakışkan davranışının deneysel incelenmesi
EYLÜL ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HANİFE TUBA OKUTUCU ÖZYURT
- Effect of nanomaterial on the performance of heat exchanger with insert rings and tapes
Nanomalzemenı̇n geçme halkalı ve bantlı ısı değı̇ştı̇rı̇cı̇ performansına etkı̇sı̇
YOUNIS HAMOUDI ASSAF
Doktora
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULRAZZAK AHMED SALEH AKROOT
- Termosifon tip ısı borusunda uçucu kül/su nanoakışkanını kullanarak ısı transfer performansının artırılması
Heat transfer performance enhancement by using fly ash/water nanofluid in the thermosyphon type heat pipe
ADİL FATİH IRMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
EnerjiGazi ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN MENLİK
- Nano-akışkanların ısı borularında performanslarının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of nano-fluids performance in heat pipes
ADEM BOZKIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
EnerjiOndokuz Mayıs ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN ÖZCAN