Geri Dön

Experımental study on synergetıc effects of tube corrugatıon and magnetıc fıeld on the thermo-hydraulıc characterıstıcs of ferro-nanofluıds

Boru oluklandirmasi ve manyetik alanin ferro-nanofakişkanlarin termo-hidrolik karakteristikleri üzerindeki sinerjik etkilerinin deneysel i̇ncelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 1016429
  2. Yazar: IBRAHIM ALI M. ELJETLAWI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. SELÇUK SELİMLİ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Energy
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Karabük Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Termal yönetimdeki son yeniliklere rağmen, birbiriyle etkileşim halindeki birden fazla faktör arasında ısı transferini iyileştirmek önemli bir zorluk olmaya devam etmektedir. Nanoakışkanların, yenilikçi ısı borusu tasarımlarının ve manyetik alanların termal verimliliği artırmak için uygulanması üzerine araştırmalar yürütülmüştür. Ancak, özellikle boru geometrisi açısından, bu parametrelerin sinerjik ve kümülatif etkileşimini anlamada önemli bir bilgi boşluğu bulunmaktadır. Mevcut çalışmaların çoğu, düz ve pürüzsüz borulara dayanan basitleştirilmiş modellere dayanmaktadır ve bu modeller genellikle daha karmaşık geometrilerin sunduğu önemli iyileştirmeleri göz ardı etmektedir. Helisel oluklu yüzey, nanoakışkanların içsel termal özellikleri ve harici bir manyetik alanın sağladığı akış düzenlemesi arasındaki benzersiz etkileşim, daha fazla dokümantasyon ve araştırma gerektirmektedir. Bu çalışma, pasif ve aktif ısı transferi tekniklerinin eş zamanlı kullanımına ilişkin yeni deneysel araştırmalar sunarak bu boşluğu doldurmayı amaçlamaktadır. Su bazlı Fe3O4 manyetik akışkanlarının paralel bir manyetik alanın (B = 0 mT ve B = 200 mT) etkisi altındaki termal ve hidrodinamik performansını sistematik olarak incelemektedir. Analiz hem düz bir tüpte (PT) hem de oktahedral spiral tüpte (SCT) farklı nanoparçacık kütle kesirlerinde (ω = %1,0, %2,0 ve %3,0) ve Reynolds sayılarında (Re = 800–2300) gerçekleştirildi. Sonuçlar, bu entegre yöntemin önemli bir performans iyileştirmesi sağladığını ortaya koymaktadır. Düz tüpe manyetik alan uygulanması, nanofluidin Nusselt sayısında %45,41'lik maksimum bir artışla sonuçlandı. Ancak, en önemli iyileştirmeler oluklu tüpte gözlendi. Özellikle, manyetik alan uygulanmadığında, oluklu tüpteki nanofluidin Nusselt sayısı (ω = %3,0 kütle kesri), düz tüpteki damıtılmış suya kıyasla %95,15 arttı. Oluklu tüpe aynı anda manyetik alan uygulanması performansı önemli ölçüde iyileştirdi; Nanofluidin Nusselt sayısı ve sürtünme katsayısı, pürüzsüz tüpe kıyasla sırasıyla %151,30 ve %221,86 oranında artmıştır. En yüksek PEC değeri olan 1,74, ω = %3,0 ve B = 200 mT manyetik alan koşullarında sekizgen oluklu spiral tüp için kaydedilmiştir. Bu sonuçlar, karmaşık konfigürasyonların anlaşılmasını derinleştirmenin yanı sıra, mühendislere değerli bilgiler sağlayarak çağdaş teknolojik ve endüstriyel uygulamalar için daha kompakt ve enerji açısından verimli termal sistemlerin geliştirilmesini kolaylaştırmaktadır.

Özet (Çeviri)

Despite advances in thermal management, a significant challenge remains in improving heat transfer across multiple components. Recent advances have investigated the application of nanofluids, novel heat pipe configurations, and magnetic fields to enhance thermal efficiency. While the individual and combined effects of these parameters have been studied, a significant gap remains in understanding their synergistic and cumulative impact, particularly with regard to pipe geometry. Much research relies on simplified models using straight, smooth pipes, which often neglect to consider the significant improvements offered by more complex geometries. The interplay between the helical corrugated surface, the distinctive thermal properties of nanofluids, and flow regulation by an external magnetic field requires further documentation and research. This combination, in particular,points to a knowledge gap that hinders the development of the next generation of highly efficient heat exchangers. This pilot study investigates the potential for improving heat transfer through the simultaneous application of passive and active techniques. This study presents a novel investigation into the synergistic effects of nanofluids and an external magnetic field on improving heat transfer in a corrugated spiral heat pipe. Heat transfer is enhanced with varying nanofluid concentration and constant applied magnetics forces. The experimental investigation investigates the effect of a parallel magnetic field (B = 0 mT and B = 200 mT) on the thermal and hydrodynamic properties of water-based Fe3O4 magnetic fluids. The study examines several nanoparticle mass fractions (ω = 1.0%, 2.0%, and 3.0%) and Reynolds numbers (Re = 800–2300) in a standard tube (PT) and spiral corrugated tube (SCT). The results indicate a significant improvement in performance. Applying a magnetic field to a simple tube resulted in a maximum 45.41% increase in the Nusselt number of the nanofluid at a concentration of ω = 3.0%. In the corrugated tube, the Nusselt number of the nanofluid at the maximum concentration (ω = 3.0%) increased by 95.15% in the absence of a magnetic field compared to distilled water in a normal tube. Simultaneous application of a magnetic field significantly increased both the Nusselt number and friction coefficient of the nanofluid inside the corrugated tube, by 151.30% and 221.86%, respectively, compared to the smooth tube. The maximum recorded performance evaluation coefficient (PEC) was 1.74 for the corrugated tube at a concentration of ω = 3.0% and a magnetic field of B = 200 mT. These results enhance the understanding of these technologies and provide important insights for engineers, facilitating the creation of more compact and energy-efficient thermal systems for many contemporary technological and industrial applications.

Geri Dön