Geometrik parametrelerin nanoakışkanlı doğal taşınım döngüsü performansına etkisi

Abstract

Bu çalışmada, boru çapı ve en/boy oranının nanoakışkan bazlı tek fazlı doğal taşınımlı mini döngünün (TFDTmD) ısıl performansı üzerine etkisi amaçlanmıştır.Çalışmanın ilk bölümünde, doğal taşınım döngülerine etki eden faktörler ve nanoakışkan bazlı TFDTD ile ilgili literatür araştırması yapılmıştır. İkinci bölümünde ise kararlı hal için oluşturulan 3 boyutlu model hakkında bilgiler verilmiştir. Literatürde yer alan deneysel çalışma baz alınarak oluşturulan modelden elde edilen sayısal sonuçlar deneysel çalışmanın sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Çalışmada farklı hacimsel konsantrasyonda Al2O3 nanoparçacıklarına sahip deiyonize su bazlı nanoakışkan kullanılmıştır. Termofiziksel özellikleri literatürdeki deneysel çalışmadan alınmıştır. Ek olarak, bu bölümde, TFDTD'nin performans parametreleri açıklanmıştır. Sonuç olarak, ısıtıcı gücü, nanoakışkan konsantrasyonu, boru çapı ve en/boy oranı TFDTmD'nin performansını etkilemektedir. TFDTmD performansı boyutlu parametre olan sıcaklıklar, kütlesel debi ve ısı transferi katsayısı dışında boyutsuz parametre olan etkinlik katsayısı açısından değerlendirilmiştir. Düşük çaplarda ve en/boy oranında sistem daha iyi performansa sahiptir. Nanoakışkan kullanımı sıcaklık değerleri ve etkinlik katsayısını arttırsa da kütlesel debi ve ortalama ısı transferi katsayısını azaltmaktadır. TFDTmD performansının boyutsuz sayılar ile genelleştirilerek değerlendirilmeye ihtiyacı vardır. Ayrıca bu çalışma ile yüksek verimli TFDTmD kullanılacak ısı transferi uygulamaları için uygun geometrik parametreler ve çalışma akışkanları seçilebilir.

This study aims to investigate the effect of pipe diameter and aspect ratio (AR) on the thermal performance of nanofluid-based on single-phase natural circulation mini loop (SPNCmLs). In the first part of the study, literature review about affecting parameters on natural circulation loops and nanofluid based SPNCLs has been presented.In the second part, developed 3D model for steady state conditions has been defined. Numerical results obtained by developed model, which is based on experimental study in the literature, were compared with the experimental results of the same study. In this study, deionized water based nanofluid which has different volumetric concentrations of Al2O3 nanoparticles was used. The thermophysical properties were taken from experimental study in the literature. Moreover, in this part, the performance parameters of SPNCLs have been explained.As a result, the heating power, concentration of nanofluid, pipe diameter and AR affect the performance of SPNCmLs. The performance of SPNCmL was evaluated in terms of temperatures, mass flow rate and heat transfer coefficient as dimensional parameters and effectiveness factor as non-dimensional parameter. For lower pipe diameters and AR values, system has better performance. Although, using nanofluid increased temperatures and ε, it decreased mass flow rate and overall heat transfer coefficient. It is needed to define the performance of SPNCmL by non-dimensional parameters. Moreover, by this study favourable geometrical parameters and working fluids can be chosen for highly efficient SPNCmL in desired heat transfer application.