Isı değiştiricilerinde nanoakışkan kullanımının ısı transferine etkisinin sayısal analizi
Küçük Resim Yok
Tarih
2025
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
İnönü Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Bu çalışmada, iç borusu helisel yapıda olan eş merkezli ve iç içe borulu bir ısı değiştirici kullanılarak, paralel akış koşullarında nanoakışkan kullanımının ısı transferi üzerindeki etkileri hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yaklaşımıyla sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmanın temel amacı, grafit-saf su nanoakışkanının ısıl performansa olan katkısını değerlendirmek ve bu katkıyı saf su ile karşılaştırmalı olarak analiz etmektir. Sıcak akışkan olarak grafit-saf su nanoakışkanı, soğuk akışkan olarak ise saf su kullanılmış; sıcak akışkanın debisi 3 l/dk ve giriş sıcaklığı 55 °C olarak sabit tutulmuş, soğuk akışkan için ise 3, 6 ve 12 l/dk olmak üzere üç farklı debi değeri belirlenmiştir. Yapılan HAD analizleri sonucunda, nanoakışkan kullanımının ısı transfer hızını, Nusselt sayısını ve ısı transfer katsayısını artırdığı gözlemlenmiş; bu bulgular, nanoakışkanların ısı transferi üzerindeki olumlu etkilerini vurgulayan literatürle de uyumlu bulunmuştur. Analize göre, soğuk akışkan debisi 3 l/dk iken sıcak ve soğuk akışkan çıkış sıcaklıklarında sırasıyla %6,4 ve %5,4 sapma gözlemlenmiş; debi arttıkça sıcak akışkan tarafındaki hata oranı %10,7'ye kadar yükselirken, soğuk akışkan tarafında bu oran %1,2–%4,1 aralığında kalmıştır. Elde edilen sonuçlar, grafit-saf su nanoakışkanının bu tip ısı değiştiricilerde ısıl verimliliği artırma potansiyelini ortaya koyarken, mevcut deneysel verilerle doğrulanan HAD analizleri sayesinde kullanılan ısı değiştirici modelinin sayısal doğrulaması gerçekleştirilmiş ve bu yönüyle benzer sistemlerde sayısal yöntemlerin güvenilirliğine katkı sağlanmıştır. Son olarak, paralel ve zıt akış koşullarında gerçekleştirilen simülasyonlarda, Reynolds sayısının artışıyla birlikte grafit katkılı akışkan için Nusselt sayısında belirgin bir artış gözlemlenmiş; buna karşın aynı Reynolds aralığında saf su için artışların daha sınırlı kaldığı belirlenmiştir. Bu durum, nanoakışkanların her iki akış düzeninde de ısı transfer etkinliğini artırma potansiyelini ortaya koymaktadır.
In this study, the effects of the use of nanofluid on heat transfer under parallel flow conditions using a concentric and concentric tube heat exchanger with a helical inner tube are numerically investigated using a computational fluid dynamics (CFD) approach. The main objective of the study is to evaluate the contribution of graphite-pure water nanofluid to the thermal performance and to analyse this contribution in comparison with pure water. Graphite-pure water nanofluid was used as the hot fluid and pure water was used as the cold fluid; the flow rate of the hot fluid was kept constant at 3 l/min and the inlet temperature was kept constant at 55 °C, while three different flow rates of 3, 6 and 12 l/min were determined for the cold fluid. As a result of CFD analyses, it was observed that the use of nanofluid increased the heat transfer rate, Nusselt number and heat transfer coefficient; these findings were found to be consistent with the literature emphasising the positive effects of nanofluids on heat transfer. According to the analysis, when the cold fluid flow rate was 3 l/min, 6.4% and 5.4% deviations were observed in the hot and cold fluid outlet temperatures, respectively; while the error rate on the hot fluid side increased up to 10.7% as the flow rate increased, this rate remained in the range of 1.2%-4.1% on the cold fluid side. While the obtained results reveal the potential of graphite-pure water nanofluid to increase the thermal efficiency in this type of heat exchangers, the numerical verification of the heat exchanger model used has been carried out thanks to the CFD analyses verified with the available experimental data and thus contributed to the reliability of numerical methods in similar systems. Finally, in the simulations performed under parallel and opposite flow conditions, a significant increase in the Nusselt number was observed for the graphite doped fluid with an increase in the Reynolds number; however, it was determined that the increases were more limited for pure water in the same Reynolds range. This reveals the potential of nanofluids to increase the heat transfer efficiency in both flow patterns.
In this study, the effects of the use of nanofluid on heat transfer under parallel flow conditions using a concentric and concentric tube heat exchanger with a helical inner tube are numerically investigated using a computational fluid dynamics (CFD) approach. The main objective of the study is to evaluate the contribution of graphite-pure water nanofluid to the thermal performance and to analyse this contribution in comparison with pure water. Graphite-pure water nanofluid was used as the hot fluid and pure water was used as the cold fluid; the flow rate of the hot fluid was kept constant at 3 l/min and the inlet temperature was kept constant at 55 °C, while three different flow rates of 3, 6 and 12 l/min were determined for the cold fluid. As a result of CFD analyses, it was observed that the use of nanofluid increased the heat transfer rate, Nusselt number and heat transfer coefficient; these findings were found to be consistent with the literature emphasising the positive effects of nanofluids on heat transfer. According to the analysis, when the cold fluid flow rate was 3 l/min, 6.4% and 5.4% deviations were observed in the hot and cold fluid outlet temperatures, respectively; while the error rate on the hot fluid side increased up to 10.7% as the flow rate increased, this rate remained in the range of 1.2%-4.1% on the cold fluid side. While the obtained results reveal the potential of graphite-pure water nanofluid to increase the thermal efficiency in this type of heat exchangers, the numerical verification of the heat exchanger model used has been carried out thanks to the CFD analyses verified with the available experimental data and thus contributed to the reliability of numerical methods in similar systems. Finally, in the simulations performed under parallel and opposite flow conditions, a significant increase in the Nusselt number was observed for the graphite doped fluid with an increase in the Reynolds number; however, it was determined that the increases were more limited for pure water in the same Reynolds range. This reveals the potential of nanofluids to increase the heat transfer efficiency in both flow patterns.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
