Geri Dön

Nanoakışkanların ısıl iletkenliklerinin ölçülmesi

The measurement of thermal conductivity of nanofluids

PDF İndir

  1. Tez No: 216395
  2. Yazar: MURAT ARTUÇ
  3. Danışmanlar: DOÇ.DR. ŞADAN ÖZCAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Nanoparçacıklar, ısıl iletkenlik, ısıl iletkenlik ölçüm sistemi, nanoakışkanlar, Nanoparticles, thermal conductivity, thermal conductivity measurement system, nanofluids
  7. Yıl: 2007
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 79

Özet

Yıllardır ısı bilimi ve ısı mühendisleri, ısı transferini artırmak için büyük çaba harcamışlardır. Bunun temel nedeni mevcut enerji kaynaklarını daha verimli kullanma ihtiyacıdır. Geçtiğimiz birkaç yüzyıldır ısı transferi konusundaki çalışmalar ısı transferini geliştirecek yeni metodlar üzerinde yoğunlaşmıştır. Buna en iyi örnek akışkanların ısıl iletkenliklerini artırmak için metalik parçacıkların katılmasıdır. Son yıllarda, nanoteknolojinin hızlı gelişimi ve yaygın uygulama alanı bulmasının bir sonucu olarak da ısıl transferini iyileştirmek amacı ile akışkanların içerisine nano boyuttaki parçacıklar (nanoparçacıklar) katılmaktadır ve bu konuda yapılan çalışmaların sayısı şaşırtıcı bir hızla artmaktadır. İçerisine bu parçacıkların katıldığı akışkanlar nanoakışkanlar ? nanofluids? olarak adlandırılmaktadır. Katı bir metalin ısıl iletkenliği, içine katıldığı temel akışkanınkinden daha yüksek olduğu için, metalik parçacıkların akışkan içerisine katılması karışımın ısıl iletkenliğini arttırmaktadır. Bu çalışmada, iki farklı metodla hazırlanan farklı boyutlardaki bakır (Cu) ve gümüş (Ag) nanoparçacıkların, nanoakışkanın ısı transferine etkileri incelenmiştir. Bu amaçla, öncelikle sıcak tel yöntemini kullanarak nanoakışkanların ısıl iletkenik katsayısını ölçebilen bilgisayar kontrollü bir deney düzeneği hazırlandı. Cu ve Ag nanoparçacıklar hazırlanması için ise asal gaz ile yoğunlaştırma ve mekanik öğütme yöntemleri kullanıldı. Asal gaz ile yoğunlaştırma sistemi, mevcut ısıl buharlaştırma sistemi yeniden düzenlenerek geliştirildi. Mekanik öğütme yöntemi için ise gezegensel öğütme metodunu kullanan Retch marka bilyeli değirmen kullanıldı. Sıcak tel yöntemi temel alınarak kurulan ısıl iletkenlik ölçüm sisteminin bilgisayar kontrolü için, LabVIEW tabanlı bir bilgisayar programı yazıldı. Saf su ve % 99.9 saflıkta 2-propanol alkolün oda sıcaklığında yapılan ısıl iletkenlik ölçümleri sonucunda ısıl iletkenlik katsayıları sırası ile 0,602 Wm-1K-1 ve 0,139 Wm-1K-1 olarak ölçülmüştür. Bu değerler literatürdeki değerlerle karşılaştırıldığında ölçüm sisteminin doğruluğu % 0,7 olarak, yapılan farklı ölçümler sonucunda ise tekrarlanabilirlik %1 olarak hesaplanmıştır. Nanoakışkanların ısıl iletim katsayılarının ölçümleri için farklı parçacık boyutunda Ag ve Cu nanoparçacıklar hazırlanmıştır. X-ışınları toz difraksiyonu ölçüm sonuçlarından, hazırlanan nanoparçacıkların parçacık boyutları hesaplanmıştır. Parçacık boyutunun hesaplanması için Willamson Hall bağıntısı kullanılmıştır. Mekanik öğütme yöntemi ile hazırlanan nanoparçacıkların parçacık dağılımının homojen olmadığı gözlenmiştir. % 99,9 saflıkta ve 1 Torr basınçlı Ar atmosferindeki ısısal buharlaştırma sisteminde, pota ile örnek toplanan yüzey arasındaki mesafe değiştirilerek 20,06 ± 1,44 nm ve 24,58 ± 0,14 nm boyutlarında Cu nanoparçacıklar, 18,23 ± 1,16 nm boyutlarında ise Ag nanoparçacıklar hazırlanmıştır. % 99,9 saflıkta 80 ml 2-propanol alkol içerisine % 0,4, % 0,7 ve % 1,5 hacimsel oranlarında ve 18,23 ± 1,16 nm ortalama boyutlarında Ag nanoparçacıklar eklenmiştir. Akışkanın ısıl iletim katsayısı 25 °C' de sırası ile 0,308 ± 0,050 Wm-1K-1, 0,350 ± 0,050 Wm-1K-1, 0,403 ± 0,050 Wm-1K-1 olarak ölçülmüştür. Farklı olarak % 99,9 saflıkta 80 ml 2-proponal içerisine de % 0,3, % 0,7, % 1,4 ve % 1,5 hacimsel oranlarında 24,58 ± 0,14 nm ortalama boyutlarında Cu nanoparçacıklar eklenmiş ve akışkanın ısıl iletim katsayısı 25 °C' de sırasıyla 0,275 ± 0,050 Wm-1K-1, 0,327 ± 0,050 Wm-1K-1, 0,398 ± 0,050 Wm-1K-1, 0,393 ± 0,050 Wm-1K-1 olarak ölçülmüştür. Ag ve Cu nanoparçacıklar katılarak hazırlanan nanoakışkanların 25 °C' de yapılan ısıl iletim katsayısı ölçümlerinde akışkanın ısıl iletiminde artış olduğu gözlenmiştir. Bu artışın akışkana katkılanan nanoparçacıkların akışkan içerisindeki hacimsel oranlarına göre değiştiği ve küresel parçacıklar için geçerli olan Hamilton-Crosser ve Maxwell modelleri ile uyuştuğu belirlenmiştir. Ancak yaklaşık %1,5 ve üzeri hacimsel oranlarda yapılan ölçüm sonuçlarından modelden sapmalar ve ısıl iletkenlik katsayısında artışın olmadığı gözlenmiştir.

Özet (Çeviri)

There have been lots of efforts for the enhcancement of heat transfer for many years. The main reason of these trials stems from the neccessity of using energy sources more efficiently. In the previous several decades, researchers have been concentrated on the new methods which develop the currently used heat transfer enhancement techniques. One of the best examples of these methods is the addition of metallic particles in fluids. As a result of the fast development and common application of nanotechnology, nanometer particles ( nanoparticles ) have been used in suspension in conventional heat transfer fluids for improving the thermal conductivity of fluids. The studies on this subject increase amazingly in the recent years. These solid particles suspended in fluids are called as ?nanofluids?. Since a solid metal has a larger thermal conductivity than that of a base fluid, the suspension of fine metallic solid particles into the base fluid is expected to improve the thermal conductivity of the base fluid. In this study, the variation of thermal conductivity of nanofluids by suspending copper (Cu) and silver (Ag) nanoparticles, which were prepared by two different methods, are investigated. For this purpose a thermal conductivity of nanofluids measurement system, which is computerized, was designed and constructed by developing from hot-wire technique. Inert-gas condensation and mechanical grinding method were used for preparing Cu and Ag nanoparticles. Inert-gas condensation system was used by developing the existing thermal evaporation system. For mechanical grinding method, centrifugal ball mill (Retsch, Germany), which consists of planet-like movement method, was used, too. Software for computerizing the constructed thermal conductivity mesurement system, which is the basis on hot-wire technique, was compiled and developed by LabVIEW. At room temperature, the thermal conductivity of pure water and 2- propanol alcohol, purity, which is better than 99.9%, is measured as 0.602 Wm-1K-1 and 0.139 Wm-1K-1, respectively. As these values were compared with literature values, it was concluded that system is 0.1% reproducible of and accuracy is 0.7%. Ag and Cu nanoparticles were produced different particle size to measure enhancement of thermal conductivity of nanofluids. X-ray diffraction (XRD) methods were used to calculate the size of produced nanoparticles. For determining particle size, Willamson Hall equation was used. We observed that particle distribution of nanoparticles produced by mechanical grinding was nonhomogeneous. 20.06 ± 1.44 and 24.58 ± 0.14 nm diameter Cu nanoparticles and 18.23 ± 1.16 nm diameter Ag nanoparticles were produced by changing distance of difference between crucible and cold head. 18.23 ± 1.16 nm diameter Ag nanoparticles were suspended in 80 ml 2-propanol alcohol, 99.9% purity as 0.4%, 0.7% and 1.5% volume fraction. The fluids of thermal conductivity was measured 0.308 ± 0.050 Wm-1K-1, 0.350 ± 0.050 Wm-1K-1, 0.403 ± 0.050 Wm-1K-1, respectively. On the other hand, 24.58 ± 0.14 nm diameter Cu nanoparticles were suspended in 80ml 2-propanol alcohol, 99.9% purity as 0.3%, 0.7%, 1.4% and 1.5% volume fraction and the fluids of thermal conductivity was measured 0.275 ± 0.050 Wm-1K-1, 0.327 ± 0.050 Wm-1K-1, 0.398 ± 0.050 Wm-1K-1, 0.393 ± 0.050 Wm-1K-1 at 25 ºC, respectively. Improving the thermal conductivity of that fluid by suspended Ag and Cu nanoparticles was observed by measuring thermal conductivity at 25 ºC. Enhancing heat transfer performance of base fluid was dependent on volume fraction of particles and this result can be predicted accurately by the model equation of Hamilton and Crosser for the spherical nanoparticles. But the effective thermal conductivities of the nanofluids show no anomalous enhancements and do not harmonize with these models nearly over 1.5% of volume fraction.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    354402

    Newton kuralına uyan taban akışkanları içerisine dağıtılmış olan nanoparçacıkların reolojisi, ısıl iletkenliği ve kararlılığı

    Rheology,thermal conductivity and stability of nanoparticles dispersed in Newtonian based fluids

    NACİYE İLHAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Kimya MühendisliğiCumhuriyet Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. KERİM YAPICI

  2. Tez No

    678875

    Nano akışkanların ısıl iletkenliklerinin deneysel olarak incelenmesi

    Experimental investigation of thermal conductivity of nanofluids

    MUSTAFA ELİBOL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Makine MühendisliğiKırıkkale Üniversitesi

    Makine Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ZÜHTÜ ONUR PEHLİVANLI

  3. Tez No

    581552

    Preparation and characterization of carbon-based nanofluids

    Karbon bazlı nanoakışkanların hazırlanması ve karakterizasyonu

    TUĞÇE FİDAN ASLAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Mühendislik Bilimleriİzmir Katip Çelebi Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ELİF ALYAMAÇ SEYDİBEYOĞLU

  4. Tez No

    847549

    Hibrit nanoakışkan kullanılarak fotovoltaik/termal (PV/T) sistemlerin termal ve elektrik üretim performansının iyileştirilmesi

    Improving thermal and electricitygeneration performance of photovoltaic/thermal (PV/T)systems using hybrid nanofluid

    ETTAHIR EL HADI ALI OMAR SWESE

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Mühendislik BilimleriKastamonu Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYBABA HANÇERLİOĞULLARI

  5. Tez No

    341059

    Experimental and theoretical investigations on alumina water nanofluid viscosity with statistical analysis

    Alümina-su nanoakışkanının viskozitesinin teorik ve deneysel incelemesi ve istatistiksel analizi

    ELİF BEGÜM ELÇİOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALMILA GÜVENÇ YAZICIOĞLU

Geri Dön