Dikdörtgen kesitli mikrokanallarda ZnO-etilen glikol nanoakışkanının akış ve ısı transferi karakteristiklerinin sayısal olarak modellenmesi
Computational modeling of fluid flow and heat transfer characteristics of ZnO-ethylene glycol nanofluid through rectangular cross-sectioned microchannels
- Tez No: 436252
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KAMİL ARSLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
Bu çalışmada, farklı en-boy oranlarına sahip dikdörtgen kesitli mikrokanallarda farklı nanopartikül hacimsel oranlarındaki ZnO-Etilen glikol (EG) nanoakışkanının akış ve ısı transferi karakteristikleri sayısal olarak incelenmiştir. Akış için üç boyutlu, sürekli, sıkıştırılamaz, hidrodinamik olarak tam gelişmiş, ısıl olarak gelişmekte olan, laminer akış şartları (10 Re 100) göz önüne alınmıştır. Mikrokanalların alt yüzeylerine 1000 W/m2'lik sabit ısı akısı uygulanmıştır. İlk olarak, ısıl ve hidrodinamik olarak en iyi akış ve ısı transferi performansına sahip mikrokanal geometrisinin belirlenmesi amacıyla, öncelikle çalışma akışkanı olarak etilen glikol kullanılarak sayısal çalışma gerçekleştirilmiştir. Çalışmada ANSYS Fluent 15.0 paket programı kullanılmıştır. ZnO-EG nanoakışkanının farklı nanopartikül hacimsel oranlarında akış ve ısı transferi karakteristikleri sunulmuştur. ZnO-EG nanoakışkanının mikrokanal içerisindeki akışı tek fazlı ve çift fazlı akış modelleri kullanılarak ayrı ayrı modellenmiştir. Tek fazlı ve çift fazlı modellerden elde edilen sonuçlar kıyaslanmıştır. = 1,0 en-boy oranına sahip dikdörtgen kesitli mikrokanalın ısıl ve hidrodinamik olarak çalışmada kullanılan diğer mikrokanallara kıyasla daha üstün performansa sahip olduğu tespit edilmiştir. Tek fazlı model sonuçlarına göre, ısı taşınım katsayısındaki maksimum iyileşme Re = 10'da % 19,33 olarak % 4,0 nanopartikül hacimsel oranına sahip ZnO-EG nanoakışkanı için elde edilmiştir. Re = 100'de, % 4,0 nanopartikül hacimsel oranına sahip ZnO-EG nanoakışkanı için elde edilen basınç düşümü değeri etilen glikol için elde edilen değerden % 29,23 daha fazladır. Akışın birim uzunluk başına toplam entropi üretimi değeri ZnO-EG nanoakışkanının nanopartikül hacimsel oranının artmasıyla artmaktadır. Çift fazlı model sonuçlarına göre ise, ısı taşınım katsayısındaki maksimum iyileşme Re = 10'da % 187,36 olarak % 4,0 nanopartikül hacimsel oranına sahip ZnO-EG nanoakışkanı için elde edilmiştir. Akışın basınç düşümü ise, tek fazlı modelin tersine, nanopartikül hacimsel oranının artmasıyla azalmaktadır. Re = 10'da, % 4,0 nanopartikül hacimsel oranına sahip ZnO-EG nanoakışkanı için elde edilen basınç düşümü değeri saf etilen glikol için elde edilen değerden % 3,98 daha düşüktür. Basınç düşümündeki bu azalmadan dolayı, nanoakışkanının nanopartikül hacimsel oranının artmasıyla akışın birim uzunluk başına toplam entropi üretimi de azalmaktadır. Çift fazlı akış modellemesinden elde edilen sonuçlar literatürdeki deneysel sonuçlar ile tek fazlı akış modellemesine kıyasla daha iyi bir uyum göstermiştir. ZnO-EG nanoakışkanının çift fazlı olarak modellenerek elde edilen ısıl ve hidrodinamik performans parametreleri tek fazlı modellemeden elde edilen değerlere kıyasla daha yüksek olduğu görülmüştür.
Özet (Çeviri)
In this study, flow and heat transfer characteristics of ZnO-Ethylene glycol nanofluid for different nanoparticle volume fractions through rectangular microchannels having different aspect ratios are numerically investigated. Flow is considered under three-dimensional, steady, incompressible, hydrodynamically fully developed, thermally developing, laminar flow (10 Re 100) conditions. Fixed heat flux of 1000 W/m2 is applied to bottom surface of microchannels. Firstly, computational study was realized by using ethylene glycol as working fluid to be able to determine the microchannel geometry having the best flow and heat transfer performance thermally and hydrodynamically. ANSYS Fluent 15.0 packaged software was used. The flow and heat transfer characteristics of ZnO-EG nanofluid for different nanoparticle volume fractions are presented. ZnO-EG nanofluid flow through microchannel is separately modeled by using both single and two phase models. Results obtained for single and two phase model are compared. It is determined that the rectangular microchannel having aspect ratio of = 1.0 has thermally and hydrodynamically better performance compared to other microchannels used in the study. According to the results of single phase model, the maximum convective heat transfer enhancement is obtained to be 19.33% at Re = 10 for ZnO-EG nanofluid having nanoparticle volume fraction of 4.0%. At Re = 100, pressure drop value obtained for ZnO-EG nanofluid having nanoparticle volume fraction of 4.0% is 29.23% higher compared to that of ethylene glycol. Total entropy generation per unit length of flow increases with increase in nanoparticle volume fraction of ZnO-EG nanofluid. According to the results of two phase model, the maximum convective heat transfer enhancement is obtained to be 187.36% at Re = 10 for ZnO-EG nanofluid having nanoparticle volume fraction of 4.0%. Pressure drop of flow, contrary to single phase model, decreases with increase in nanoparticle volume fraction. At Re = 10, pressure drop value obtained for ZnO-EG nanofluid having nanoparticle volume fraction of 4.0% is 3.98 % lower than that of ethylene glycol. Resulting from this decrease in pressure drop, total entropy generation per unit length decreases with increase in nanoparticle volume fraction. The results obtained from two phase flow modeling are in good agreement with experimental results in literature compared to that of single phase flow modeling. It is seen that thermal and hydrodynamics performance parameters obtained by two phase modeling of ZnO-EG nanofluid are higher compared to values obtained by single phase modeling.
Benzer Tezler
- Dikdörtgen kesitli mikrokanallarda akış kaynama karakteristiklerinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of flow boiling characteristics in rectangular microchannels
GİRAYHAN ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiErzurum Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EYÜPHAN MANAY
- Mikrokanallarda karma taşınımla ısı transferine yüzey pürüzlülüğü etkilerinin incelenmesi
Investigation on effect of surface roughness on mixed convective heat transfer in microchannels
EMRE MANDEV
Doktora
Türkçe
2022
EnerjiErzurum Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EYÜPHAN MANAY
- Çoklu mikrokanallarda nanoakışkanların karma taşınım ısıl performanslarının incelenmesi
Investigation of thermal performance of nanofluids by mixed convection in multi̇ple microchannels
RAHİM AYTUĞ ÖZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mühendislik BilimleriAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAYRAM ŞAHİN
- Development of microfluidic systems for differential sorting of microparticles and investigation of their performances
Mikro partiküllerin ayrıştırılması için mikro akış sistemlerinin geliştirilmesi ve performanslarının incelenmesi
KAAN ERDEM
Doktora
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFULLAH KUDDUSİ
PROF. DR. ALİ KOŞAR
- Toz metalurjisi ile üretilen gözenekli ısı alıcıların akış kaynama performansının deneysel incelenmesi
Experimental investigation on flow boiling performance of porous heat sinks produced by powder metallurgy
ZEYNEP KÜÇÜKAKÇA MERAL
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEZAKET PARLAK