Thermal analyses of metal foam filled heat exchangers with different nano fluids
Metal köpük dolgulu ısı değiştiricilerinde farklı nanoakışkanlarla termal analiz
- Tez No: 1003651
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ KHALED M.N. CHAHROUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Metalik köpük, Nanoakışkanlar, Metallic foam, Nanofluids
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, bakır metal köpük ve nanoakışkanlar kullanılarak çift borulu bir ısı değiştiricisinin termo-hidrolik performans iyileştirmesi sayısal olarak incelenmiştir. Model, türbülanslı akış koşulları altında (4025 ≤ Re ≤ 8050) simüle edilmiş olup, bakır metal köpük konfigürasyonları ve gözeneklilik değişimlerinin etkileri araştırılmıştır. Simülasyonlar, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) yöntemi kullanılarak ANSYS Fluent 2022R2 yazılımında realizable k–ε iki denklemlı türbülans modeli ile gerçekleştirilmiştir. İncelenen sistemde su veya nanoakışkan iç borudan akarken, hava ısı değiştiricisinin dış halkasal bölgesinden akmaktadır.Karşılaştırma amacıyla, çalışma akışkanı olarak su kullanılan düz (pürüzsüz) ısı değiştirici için referans bir başlangıç simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Daha sonra ısı değiştiricisi, farklı gözeneklilik değerlerine sahip (10, 20, 30 ve 40 PPI) bakır metal köpük ile tamamen doldurulmuştur. Elde edilen sonuçlar, 10 PPI gözenekliliğe sahip konfigürasyonun en uygun durum olduğunu ve 1.96 termo-hidrolik performans faktörü sağladığını göstermiştir. Bu optimum gözeneklilik temel alınarak, farklı oluk sayılarına sahip oluklu bakır metal köpük yapıları ile metal köpüğün 5, 7 ve 9 parçaya bölünmesiyle oluşturulan kısmi dolgu konfigürasyonları incelenmiştir. Sayısal sonuçlar, yedi parçalı konfigürasyonun ısı transferi artışı ile basınç kaybı arasındaki en iyi dengeyi sağlayarak termo-hidrolik performans faktörünü 2.46'ya yükselttiğini ortaya koymuştur.Ayrıca, nanoakışkan türünün etkisi, optimum geometrik konfigürasyon (10 PPI, 7 parça) altında suyun Al₂O₃ ve CuO nanoakışkanları ile değiştirilmesiyle araştırılmıştır. Sonuçlar, CuO nanoakışkanının en yüksek termo-hidrolik performans faktörünü (THP = 3.16) sağladığını göstermiştir. Genel olarak elde edilen bulgular, optimize edilmiş metal köpük yapılarının nanoakışkanlarla birlikte kullanılmasının çift borulu ısı değiştiricilerinin performansını önemli ölçüde artırdığını ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
This study numerically investigates the thermal-hydraulic performance enhancement of a double-pipe heat exchanger using copper metal foam and nanofluids. The model was simulated under turbulent-flow conditions, with (4025≤Re≤8050). Moreover, variations in the copper foam configurations and porosity were examined. The simulation was performed by using Ansys Fluent 2022R2, computational fluid dynamics (CFD), and a realizable k–ε two-equation turbulence model. In the investigated configuration, water or nanofluid flows through the inner tube, while air flows through the outer annulus of the heat exchanger. A baseline simulation of a smooth heat exchanger with water as the working fluid was first conducted to establish a reference case for comparison. The heat exchanger was subsequently fully filled with copper metal foam of different porosities (10,20,30,40 PPI), where the results identified the 10 PPI configuration as the optimum, achieving a thermal-hydraulic performance factor of 1.96. Based on this optimum porosity, additional enhancement strategies were examined, including grooved copper-metal-foam structures with different groove numbers and partially filled configurations obtained by dividing the copper metal foam into 5,7 and 9 parts. The numerical results showed that the seven-part configuration provided the best compromise between heat transfer enhancement and pressure drop, increasing the Thermal-hydraulic performance factor of 2.46. Furthermore, the influence of the nanofluid type was investigated by replacing water with Al2O3 and CuO nanofluids under the optimal geometric configuration (10 PPI, 7 parts), where the CuO nanofluid achieved the highest THP factor of 3.16. Overall, the results highlighted the effectiveness of combining optimized metal foam structures with nanofluid to enhance the performance of a double- pipe heat exchanger.
Benzer Tezler
- Alüminyum metal köpük içinde darbeli akışın ısı geçişine etkisi
The effect of pulsating flow on heat transfer in aluminum metal foam
ALTAY ARBAK
Doktora
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÖZDEMİR
- Numerical study on determination of thermal dispersion conductivity of metal foams
Metal köpüklerde ısıl dispersiyon ı̇letkenlı̇ğı̇nı̇n sayısal olarak belı̇rlenmesı̇
AYLAR ARANI FARD
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÖZDEMİR
- Titanyum köpük malzemelerin üretilmesi ve termal özellikleri ile korozyon davranışının incelenmesi
Production of titanium foam materials and investigation of their thermal properties and corrosion behavior
BETÜL DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYSUN AYDAY
- Kil-ponza hibrit takviyeli alüminyum matrisli sintaktik köpük metalin üretimi, iç yapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Production, microstructure and mechanical characterization of clay-pumice hybrid reinforced aluminum matrix syntactic foam
İBRAHİM ABDÜSSELAM TANTOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ GÖKŞENLİ
- Atık ısı-elektrik enerjisi dönüşümü sağlayan farklı tip termoelektrik sistemlerin deneysel ve teorik analizi
Experimental and theoretical analysis of different thermoelectric systems providing waste heat-electrical energy conversion
AMINU YUSUF
Doktora
Türkçe
2022
Enerjiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDAT BALLIKAYA