Experimental and Numerical Investigation of the Effect of Nanofluid Volume Ratio and Particle Size on Heat Transfer in a Shell-and-Tube Heat Exchanger

Abstract

Bu deneysel çalışmanın amacı, farklı parametrelerin gövde borulu ısı değiştiricisinde meydana gelen ısı transferine ve akış özelliklerine etkisini sayısal olarak incelemek ve deneysel olarak doğrulamaktır. Çalışmada kullanılan parametreler; sıcak akışkan Re sayısı, TiO2/H2O nanoakışkanın hacimsel konsantrasyonu ve nanoakışkan oluşturulmasında kullanılan nanoparçacık boyutudur. Çalışmanın sayısal sonuçları ANSYS Fluent Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği programını kullanılarak elde edilmiş ve deneysel sonuçlarla doğrulanmıştır. Çalışmanın birinci aşamasında yapılan deneysel çalışmada; farklı Re sayılarının (Re=1000, 1500, 2000, 2200) gövde borulu ısı değiştiricisi etkinliğine olan etkisi incelenmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında; sayısal sonuçlar deney sonuçları ile doğrulanmış ve farklı iki parametrenin (nanoakışkan hacimsel konsantrasyonu (%0,2, 0,4, 0,8, 1,6) ve nanoparçacık boyutu (Dp=5, 10, 20 40 nm) ısı değiştiricisi etkinliğine olan etkisi incelenmiştir. Sonuç olarak; sıcak akışkan giriş sıcaklığı Tsıcak,giriş=50 ℃’de sabit iken Re sayısı Re=1000-2200 aralığında arttırıldığında ısı transfer etkinliğinde %6,15 azalma tespit edilmiştir. Sayısal olarak oluşturulan Dp=10 nm parçacık boyutlu TiO2/H2O nanoakışkanı için sabit giriş sıcaklığı (Tsıcak,giriş=50 ℃), sabit Re sayısında (Re=1000) nanoparçacık hacimsel konsantrasyonu φ=%0,2-1,6 aralığında arttırıldığında ısı transfer etkinliğinde %8 artış tespit edilmiştir. Nanoparçacık boyutunun etkisini incelemek için aynı şartlarda ve φ=0,2 hacimsel konsantrasyonda parçacık boyutu Dp=5-40 aralığında arttırıldığında ısı transfer etkinliğinde %1 azalma tespit edilmiştir. Bu çalışma sonucunda elde edilen veriler kullanılarak gelecekte, daha yüksek performanslı ısı değiştiricilerin tasarlanabileceği değerlendirilmiştir.