Borulu Bir Isı Değiştiricide Kullanılan Nanoakışkanların Isıl ve Hidrolik Performansa Olan Etkisinin Sayısal Olarak İncelenmesi

Abstract

Enerji dünyanın kritik kaynaklarının başında gelmektedir. Bu sebeple enerji tasarrufu ve verimlilik önemli bir çalışma konusudur. Enerji tasarrufunun sağlanabilmesi için ısı transferinin iyileştirilmesi ile ısı değiştiricilerin kompaktlığı gibi ihtiyaçların doğması ile ısı değiştiricilerde kullanılan geleneksel akışkanların yerine ısı transferi iyileştirmesini sağlayacak yeni akışkan arayışı sebebiyle literatürde teorik ve deneysel çalışmalar bulunmaktadır. Bu çalışmada ısı transferi iyileştirmesinin sağlanmasında verimli sonuçların elde edildiği Al2O3 ve SiO2 nanoparçacıklarının düşük katı hacim yerine yüksek katı hacim oranlarında ve temel akışkan etilen glikol-su karışımlarının oranları değiştirilerek farklı hacimsel debilerde sıcak ve soğuk akışkanların kullanıldığı, eş merkezli, iç içe borulu, paralel ve zıt akışlı bir ısı değiştiricinin ısıl ve hidrolik performansı sayısal olarak incelenmiştir. Sıcak akışkan tarafında su, soğuk akışkan tarafında %0:100, %40:60, %60:40 ve %100:0 olmak üzere farklı oranlardaki etilen glikol-su karışımı içerisine %0, %2, %4, %6 katı hacim konsantrasyonlarında ve farklı Reynolds sayılarında (6000 – 8000 – 12000 – 16000 - 20000) Al2O3 ve SiO2 nanoparçacıkların eklenmesiyle elde edilen nanoakışkanlar kullanılmıştır. Sayısal çalışmaların sonuçlarına göre, zıt akış altında sıcak akışkan olan suyun sabit hacimsel debi değeri 3 l/dk, nanoakışkanların sabit hacimsel debi değeri 0,9 l/dk ve Reynolds sayısı 20000 alındığında, %6 katı hacim oranı için Al2O3-%100:0 EG/su ve SiO2-%100:0 EG/su nanoakışkanlarının Nusselt sayısında, %0:100 EG/su oranına kıyasla sırasıyla %15,4 ve %9,1 oranında artış olmuştur. Sonuçlar, zıt akışlı bir ısı değiştiricideki basınç düşümünün yüksek değerlerde olmasının yanında, Isı değiştirici performasının paralel akışa göre daha iyi olduğunu, nanoakışkanın içerdiği katı hacim oranın artmasıyla Nusselt sayısının arttığını ve Al2O3-%100:0 EG/su nanoakışkanının hem %0:100 EG/su oranına hem de SiO2- %100:0 EG/su nanoakışkanına göre ssı değiştiricinin performansını artırmada daha etkili olduğunu göstermektedir.