Numerical investigation of heat transfer enhancement on adding (TiO2) nanoparticles to water flow in nozzles added to a horizontal tube
İçerisine lüle yerleştirilmiş yatay bir boru içinden geçen suya TiO2 nanopartikül eklenmesinin ısı transferi iyileştirilmesi sayısal araştırması
- Tez No: 484362
- Danışmanlar: PROF. DR. VEYSEL ÖZCEYHAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
Bu tez çalışması, su bazlı TiO2 nanoakışkanın geçtiği yatay düz bir boru içerisine yerleştirilen farklı adım uzunluklarında (126, 180 ve 315 mm) yerleştirilen iki farklı tipteki lüle elemanların (üzerine delik açılmış ve açılmamış olmak üzere) termal performans etkisinin sayısal araştırmasını sunmaktadır. İncelenen nanoakışkan acimsel fraksiyonlar %0.2 ila %2.0 arasında sınırlandırılmıştır. Borunun dış yüzeyine 50 kW/m2 değerinde sabit ısı akısı uygulanmıştır. Reynolds sayısının 4000-14000 arasında gerçekleştirilen analizlerde türbülans akışın simulasyon edilmesi için k-ω standard turbulent model seçilmiştir. Tek fazlı modelden (single phase model) daha gerçekçi sonuçlar vermesi sebebiyle, nanoakışkan analizlerinde karışım modeli (mixture model) kullanılmıştır. Nano parçacık ve suyun termo-fiziksel özellikleri sıcaklıktan bağımsız olduğu göz önünde bulundurulmuştur. Nanoakışkanın termo-fiziksel özellikleri literatürde yer alan korelasyon ve formüller ile hesaplanmıştır. Sonuçlar, hem boş boruda hem de lüle yerleştirilmiş boruda TiO2-su nanoakışkanın hacimsel fraksiyonunun arttıkça taşınımla ısı transfer katsayısının arttığını göstermiştir. Lülelerin adım uzunluğunun azalması, kullanılan lülelerin sayısının artması anlamına gelmektedir ve bu durum ısı transferini arttırdığı gözlemlenmiştir. Ayrıca kullanılan üzerine delik açılmış lülelerin ısı transferi açısından sonuçları, delinmemiş lülelere nazaran daha olumludur. Boru içerisinde lüle kullanımı ısı transferini arttırırken; basınç düşümünü de olumsuz anlamda arttırmaktadır. En yüksek taşınımla ısı transferi sayısı boş boru da su akışı ile kıyaslandığında, en düşük adım uzunluğunda (PL=126 mm) yerleştirilmiş delinmiş lüle ve en yüksek hacimsel fraksiyonlu (φ=2.0 %) nanoakışta yaklaşık olarak %72 daha fazla elde edilmiştir. %2.0 hacimsel fraksiyonlu nanoakışta delinmiş lüle yerine delinmemiş lüle kullanımında ise su akışlı boş boruya nazaran ısı transferi katsayısı %54.5 daha fazla elde edilmiştir. Hidrolik açısından sonuçlar incelendiğinde ise en düşük adım uzunluğunda delinmemiş lüle kullanımı ile boş boru kıyaslandığında (aynı akışkan için) sürtünme faktörü 5 kat daha fazla ortaya çıkmaktadır. Delinmemiş lüle yerine delinmiş lüle kullanıldığında ise sürtünme faktörü yaklaşık olarak %7 azalmaktadır.
Özet (Çeviri)
This study presents a quantitative investigation regarding the thermal performance of inserting two types of nozzle; (a) Non-drilled nozzles, (b) Drilled nozzle with three different pitch lengths (126, 180 and 315 mm) through a water-based TiO2 nanofluid flowing into a horizontal tube. The considered nanofluid volume fractions are limited from 0.2% to 2.0%. A uniform constant heat flux of 50 kW/m2was applied onto the outer surface of the tube. The k-ω standard turbulent model was chosen to simulate turbulent flow, and analyses were implemented for the Reynolds number ranging from 4000 to 14,000. The nanofluid flow was modeled using the mixture model as it is more accurate than the single-phase model. The thermophysical properties of nanoparticles and water are considered independent of temperature. The thermophysical properties of the nanofluid were calculated with equations and empirical correlations based on the literature. Thus, as the volume fraction of TiO2 in both the smooth tube and drilled nozzle inserted tube rise, the heat transfer coefficient increases. While increasing pitch length of the nozzles means decreasing the number of nozzles in the tube, yet when using drilled nozzle, it's higher than the non-drilled nozzle. As such, inserting more nozzles into the tube fosters the heat transfer, but increases the pressure drop penalty. The highest heat transfer coefficient for drilled nozzle is obtained as 72% which is bigger than the non-drilled nozzle, and the heat transfer of non-drilled nozzle is higher than the smooth tube about 54.5% for nanofluid flow through the smooth tube inserted nozzle with a pitch length of 126 and volume fraction of 2.0%, and friction factor increases approximately 5 times more than the smooth tube and less than the non-drilled nozzle approximately 7%.
Benzer Tezler
- Numerical investigation of heat transfer enhancement on the effect of adding (AL2O3) nanoparticles to water flow in a horizontal tube inserted pentagon rings
Boru içi akışta suya (AL2O3) nano partikül takviyesi ve beşgen kesitli halka elemanlar yerleştirilmesi ile ısı transferini iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi
MUQDAD KHAMEES HAMEED AL-JANABI
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEYSEL ÖZCEYHAN
- Investigation of the effect of nanofluid flow on heat transfer in double pipe heat exchangers
Çift borulu ısı değiştiricilerinde nano akışkan akışının ısı transferine etkisinin incelenmesi
MOHAMMED FLAYYIH HASAN HASAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Mühendislik BilimleriKırşehir Ahi Evran ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MERDİN DANIŞMAZ
DR. BASSİM MOHAMMED MAJEL AL-KATIB
- Farklı eğriliklere sahip borulardaki nanoakışkan akımında ısı transferi ve basınç kayıp karakteristiklerinin sayısal incelenmesi
Numerical investigation of heat transfer and pressure drop characteristics in nanofluid flow inside curved pipes having various curvatures
AYŞE SUCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Makine MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. LÜTFÜ NAMLI
- Bir kanaldaki cebri akışla birlikte çoklu sentetik jetin ısı transferine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect on heat transfer of multiplesynthetic jets addition to the cross flow in a channel
BEKİR GÜNGÖR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiAksaray ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNAL AKDAĞ
- Boru içi akışta mili boyutlu taneciklerin ısı taşınımına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of the mili sized particles to the heat convection in internal pipe flow
İSMAİL BURAK KOPARAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İSMAİL YALÇIN URALCAN