Geri Dön

Nanoakışkanların kare kanal içerisindeki laminer akışı ve ısı transferinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile sayısal olarak incelenmesi

Numerical investigation of laminar flow of nanofluids and heat transfer in square duct with computational fluid dynamics

  1. Tez No: 569752
  2. Yazar: İREM GÜL
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ENGİN GEDİK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Enerji, Mühendislik Bilimleri, Energy, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Karabük Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 78

Özet

Bu çalışmada, kare kesitli bir kanalda, sabit ısı akısı altında (q=10000 W/m2) sıkıştırılamaz, viskoz, laminer zorlanmış taşınımla ısı transferi sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal çalışmada, sonlu hacimler tekniğine dayalı çözümleme yapabilen ANSYS Fluent 15.0 HAD analiz programı kullanılmıştır. Hidrolik çapı Dh=0,01 m olan kanal uzunluğu 1 m'dir. Akışkanın kanal girişinde sabit sıcaklıkta (293 K) ve üniform hıza sahip olduğu kabul edilerek hesaplamalar hidrodinamik olarak tam gelişmiş laminer akış koşulları için yapılmıştır. Akışkan tipi (su, etilen glikol, H2O-Al2O3, H2O-TiO2, C2H6O2-Al2O3, C2H6O2-TiO2), akış hızı (0,01 ≤ V ≤ 0,05 m/s), nanopartikül hacimsel konsantrasyon oranı (1 ≤ φ ≤ 4) ve nanoakışkan vizkozite modeli (Batchelor ve Buongiorno) gibi bazı parametrelerin; ısı taşınım katsayısı (h), Nusselt sayısı (Nu), Peclet sayısı (Pe), Darcy sürtünme faktörü (f) ve basınç düşümü (ΔP) gibi akış ve ısı transferi karakterisikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sayısal çalışmadan elde edilen sonuçlar ilgili parametreler dikkate alınarak grafiksel olarak gösterilmiş ve detaylı bir şekilde tartışılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre baz akışkana nanoparçacık ilave edilmesi ısı transferini önemli ölçüde arttırdığı görülmüştür. Grafiklerin sonucuna göre, saf suya eklenen TiO2 nanoparçacık, Al2O3 nanoparçacık ile karşılaştırıldığında daha yüksek ısı transfer katsayısı değerlerine sahiptir. Isı taşınım katsayısındaki maksimum artış miktarı saf suya eklenen Al2O3 nanoparçacığı için %4 hacimsel konsantrasyonda yüzdelik artış miktarı %10,68 ve TiO2 nanoparçacığı için ise %31,55 olarak hesaplanmıştır. Etilen glikol nanoakışkanı için maksimum artış %4 hacimsel konsatrasyonda Al2O3 nanoparçacığı için %10,54 ve TiO2 nanoparçacığı için ise %9,78 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca boyutsuz basınç düşüşü, Darcy sürtünme faktörü, Nusselt sayısı ve Peclet sayısı hesaplanmış ve grafikleri gösterilmiştir.

Özet (Çeviri)

In this study, heat transfer of the incompressible, viscous, laminar flow by forced transport under a constant wall heat flux (10000W/m2) in a square section channel was investigated numerically. One side of the square is 0.01 m and the length of the channel is 1 m. H2O, H2O-Al2O3, H2O-TiO2, C2H6O2, C2H6O2-Al2O3 and C2H6O2-TiO2 nanofluids were selected as working fluids for the problem. The nanofluid inlet temperature was 293K, and the velocities were varied between 0,01 m/s and 0,05 m/s. Numerical analyzes were performed by using TiO2 and Al2O3 nanoparticles in volume (1%, 2%, 3% and 4%). The flow was assumed to be uniform at the channel entrance and the calculations were made for hydrodynamically fully developed laminar flow conditions. In numerical study, ANSYS Fluent 15.0, which is capable of analyzing finite volume methods, was used to solve the problems related to continuity, momentum and energy equations iteratively. The effects of flow velocity, nanofluid viscosity model (Batchelor ve Buongiorno) and volume fractions of nanoparticle on the convective heat transfer (h), Nusselt number (Nu), Peclet number (Pe), Darcy friction factor (f) and pressure drop (ΔP) has been investigated. The results obtained from the numerical study are shown graphically by taking into consideration the related parameters and discussed in detail. According to the results obtained, adding nanoparticle to the base fluid significantly increased heat transfer. According to the results of the graphs, TiO2 nanoparticle added to pure water has higher heat transfer coefficient values compared to Al2O3 nanoparticle. The maximum increase in heat transfer coefficient was calculated at 4% volumetric concentration, 10.68% for Al2O3 nanoparticle and 31.55% for TiO2 nanoparticle. The maximum increase for ethylene glycol nanofluid was calculated at 4% volumetric concentration, 10.54% for Al2O3 nanoparticles and 9.78% for TiO2 nanoparticles. In addition, dimensionless pressure drop and Darcy friction factor, Nusselt number and Peclet number are computed and their graphs are showed.

Benzer Tezler

  1. Farklı dalga tiplerinde alternatif manyetik alan etkisi altında dairesel kesitli kanal içerisindeki hibrit nanoakışkanın akış ve ısı transferi karakteristiklerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi

    Experimental and numerical investigation of flow and heat transfer characteristics of hybrid nanofluid in a cylindrical cross-sectioned channel under the effect of different waveform types of alternating magnetic field

    MUTLU TEKİR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Makine MühendisliğiKarabük Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KAMİL ARSLAN

  2. Turbulent convective heat transfer of nanofluid flow in a square cross-sectioned duct

    Kare kesitli kanal içerisinde nanoakışkanın türbülanslı akışı ve ısı taşınımı

    GÜLBANU ŞENAY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Mühendislik BilimleriKarabük Üniversitesi

    Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ENGİN GEDİK

  3. Mikrokanallı ısı değiştiricilerinde karbon nanotüp/su nanoakışkanının kullanılması ve performans analizi

    Performance analysis and use of carbon nanotube/water nanofluid in microchannel heat sink

    ABDULLAH ARSLAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Mühendislik BilimleriDumlupınar Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. NİMETİ DÖNER

  4. Numerical study of implemented eco-friendly nanofluid in the pinfin-equipped heatsinks with novel C-shaped and V-shaped patterns

    Yeni C-şekilli ve V- şekilli desenlere sahip iğne-kanat donanımlı soğutucularda uygulanan çevre dostu nanoakışkanın sayısal incelenmesi

    FARNAZ NOJAVAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ERSİN SAYAR

  5. Hibrit nanoakışkan içeren kare şeklindeki kapalı bir ortamda doğal taşınımla ısı transferinin sayısal olarak incelenmesi

    Numerical investigation of natural convention heat transfer in a square closed enclosure containing hybrid nanofluid

    ABDULLAH DAĞDEVİREN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    EnerjiKarabük Üniversitesi

    Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ENGİN GEDİK