Nanoakışkan Kullanarak Laminar Akışta Isı Transferin Artırılması

Abstract

Bu tezde, öncelikle süreklilik, momentum ve enerji denklemleri, dairesel tüp içinde saf su için çözülmüştür. Nanopartikülleri suya ilave etmeden saf suyun ısıl iletkenliğini bulmak için deneysel çalışmalar yapılmış ve bu deneysel çalışmalar literatürde yayınlanmıştır. Bu tezde literatürü ve farklı kaynakları kullanarak saf su için ısıl iletkenlik katsayıları elde edilmiştir. Bir boru içinde momentum ve enerji denklemlerini çözerken giriş hızı iki farklı profil olarak göz önüne alınmıştır. Birinci tür hız profili sabit hız profilidir. Bu hız profiline literatürde “Plug Flow” denilmektedir. İkinci tür hız profili ise parabolik hız profilidir.Literatürde farklı ısıl sınır koşulları kullanılmaktadır ve en önemli ve fazla kullanılan ısıl sınır koşulları H1, H2 ve T den ibarettir. Sonraki aşamada, çözümler nanoakışkanın tek fazlı varsayımını kabul ederek tekrarlanmıştır. Nanoakışkanın ısı transfer katsayısını bulmak için farklı yöntemler kullanılmaktadır. En önemli yöntem deneysel çalışmalardır ve bu deneysel çalışmaları kullanarak teorik çözümler üretilmektir. Kullanılan denklemlerde nanoakışın için Einstein’in teorik formülü kullanılmaktadır. Bu formül nanoparçacıkların oranı %5’den daha az olduğu takdirde geçerlidir. Bir sonraki aşamalarda ısı transfer katsayısı 3 farklı formül ile elde edilmektedir. Bu 3 farklı formülün adı şöyledir: Maxwell, Hamilton-Crosser ve Bruggeman. Son olarak, ısı transferinin temel denklemleri nanoakışkanı iki fazlı bir karışım kabul ederek dağınık model için çözülmüştür. Üçüncü kısımın hesapları, birbirine paralel iki plaka arasındaki bir nanoakışkan için yapılmıştır. Tüm hesaplamalar sabit ve parabolik hız profili için sabit duvar sıcaklığı ve sabit ısı akısı gibi farklı ısıl sınır şartlara yapılmıştır. Alumina ve diğer malzemeler gibi %1 ve %5 aralıklarda farklı hacimsel parçacık oranlarına hesaplar yapılmıştır.

In this thesis, firstly continuity, momentum and energy equations are solved for pure water in circular tube. Secondly, the solutions are repeated for mixture of nanoparticles in base fluid by supposing the mixture as a single-phase fluid. Finally, by supposing the mixture as two-phase the calculations of the fundamental heat transfer equations are repeated for dispersed model. The third part is repeated for a nanofluid in between two parallel plates. All of calculations are calculated for both plug and parabolic velocity profile for different kinds of thermal boundary conditions, such as constant wall temperature and constant heat flux boundary conditions. Nanoparticle volume fractions differ from one to 5 percent in nanofluids with different nanoparticle materials such as alumina etc. Heat transfer is one of the most important processes in many industrial and consumer products. Poor thermal conductivity of conventional fluids is one of the most significant limitations in heat transfer process. For more than a century scientists have made great efforts to solve this fundamental limit by using milli- and micro-sized particles in base fluids. Nanomaterials have unique mechanical, optical, electrical, magnetic and thermal properties. This area of research is active and attractive because of its usage in many applications, such as using nanofluids as coolants in the automobile and electronics industries. Of course using this method has its own problems like not having the stable solution, causing erosion and clogging in the channels.