Experimental study of shell and tube heat exchanger performance using AL2O3/water and TiO2/water nanofluids

Abstract

Bu çeşitli geliştirme teknikleri, enerji tüketiminde kayda değer bir azalmaya ve enerji santrallerinin etkinliğini artırmaya yol açabilir. Kompakt ısı eşanjörleri olan Huzme Borulu, enerji santrallerin soğutma sisteminde önemli bir parça iken; aynı zamanda klasik su soğutma maddesi olarak etilen glikol ile karıştırılmış su ya da suyun kullanıldığı bu bölgede kullanılan yaygın ısı eşanjörlerinden biridir. Huzme Borulu Isı Eşanjörünün verimliliğini artırmak adına etkili ve kullanılabilir yaklaşımlar elde etmek çok önemlidir. Yaklaşımlardan biri, suyun nanoakışkan olarak bilinen katı nano partikül içeren bir daha yüksek termal iletkenlik sıvısı ile yer değiştirmektedir.Bu çalışmada, huzme borulu ısı eşanjöründeki suyun yanı sıra kullanılan nanoakışkanların(TiO2/su ve Al2O3/su) etkisi ortaya koyulmuş ve tartışılmıştır. Su ve bu nanoakışkanların deneysel sonuçları, önerilen nanoakışkanların her bir konsantrasyonu için 5, 5.5, 6, 6.5 ve 7 L/m türbülanslı akış oranlarında her bir tür nanoakışkanın % 0.1, 0.2 ve 0.3'lik muhtelif hacimdeki konsantrasyonlarının etkisi ve ısı eşanjörünün aktivitesindeki su temelinde değerlendirilmiştir. Isı aktarım oranı, ısı aktarım katsayısı, genel ısı aktarım katsayısı, Reynolds numaralsı ve Nusselt numarası parametreleri, bu durumlarla ilgili olan eşitlikler uyarınca hesaplanmış olup ve tüm denemelerin sonuçları, bunların arasında bir kıyaslama yaratabilmek amacıyla analiz edilmiştir. Sonuçlar, ısı aktarım oranı, ısı aktarım katsayısı, genel ısı aktarım katsayısı ve Reynolds numarasının, nanoakışkanının hacimsel konsantrasyonunun artışıyla artmış olduğunu açıklığa kavuşturmaktadır. Ayrıca bunlar, Al2O3/'de sırasıyla TiO2/su ve suda olduğundan daha yüksektir. Isı aktarım oranı, ısı aktarım katsayısı, genel ısı aktarım katsayısı ve Reynolds numarasının en yüksek değeri, sırasıyla 1741.54(W), 4414.96(W/m.c), 1326.86(W/m2.c) olup ve % 0.3'lük konsantrasyonda Al2O3/suda 4425.86 ve 7L/m'lik bir akış oranıdır. % 0.3'lük kontrasyonda 7L/m'lik akış oranındaki TiO2/sudaki en yüksek Nusselt değeri 34.37'dir. Anahtar Sözcükler: Huzme Borulu Isı Eşanhörü, Isı aktarım oranı, Temel akışkan veya su, Nanoakışkan, Nano toz, Isı eşanjörü, ters akışlı ısı eşanjörü.

There are various enhancement-techniques may lead to a significant reduction in energy consumption and increasing the efficiency of power plants. The compact heat exchangers, Shell & Tube is an important part in power plants cooling system, it is one of the widely type of heat exchangers which is used in this region in which water or water mixed with ethylene glycol are used as conventional coolants. It is very important to find new effective and convenient approaches to enhance the efficiency of shell and tube heat exchanger. One of the approaches is replacing water with a higher thermal conductivity fluid containing solid nanoparticles known as Nanofluid. In this study, the effect of utilizing (TiO2/water and Al2O3/water) nanofluids as well as water in shell and tube heat exchanger was presented and discussed. The experimental results of water and these nanofluids evaluated based on the effect of varying volume concentrations of 0.1, 0.2 and 0.3% of each kind of nanofluids in turbulent flow rates of 5, 5.5, 6, 6.5 and 7 L/m for each concentration of the proposed nanofluids and water on the activity of the heat exchanger. The parameters of heat transfer rate, heat transfer coefficient hi, over all heat transfer coefficient, Reynolds number and Nusselt number were calculated according to the equations that were related with these situations, and the results of all experiments were analyzed to create a comparison among them.The results revealed that heat transfer rate, heat transfer coefficient, over all heat transfer coefficient and Reynolds number increased with increasing of the volume concentration of the nanofluid. In addition, they are higher in Al2O3/water than TiO2/water and water, respectively. The highest value of heat transfer rate, heat transfer coefficient, over all heat transfer coefficient and Reynolds number are 1741.54(W), 4414.96(W/m.c), 1326.86(W/m2.c) and 4425.86 in Al2O3/water nanofluid in concentration of 0.3% and flow rate of 7L/m, respectively. The highest value of Nusselt number is 34.37 in TiO2/water nanofluid in concentration of 0.3% and flow rate of 7L/m.Keywords: Shell and tube heat exchanger, Heat transfer rate, Base fluid or water, Nanofluid, Nanopowder, Heat exchanger, counter flow heat exchanger.