Nanoakışkan kullanımının termoelektrik güç üretimine etkisinin incelenmesi

Abstract

Geleneksel akışkanlara göre daha yüksek ısıl özelliklere sahip nanoakışkanlar, daha önce yapılmış çalışmalarda termoelektrik jeneratör (TEJ) sisteminde genellikle soğutucu iş akışkanı olarak kullanılmış ve TEJ veriminin artış göstermesini sağlamıştır. Bu çalışmada MgO/Ag-su hibrit nanoakışkan ve CNT-su nanoakışkanı sistem için gerekli sıcaklık farkını oluşturmak için hem sıcak hem de soğuk akışkan görevinde kullanılmıştır. Bahsedilen nanoakışkanların kullanımının sadece su kullanımına göre termoelektrik güç üretimi ve TEJ verimi üzerinde oluşturduğu değişiklikler araştırılmıştır. Akışkanlar 7 farklı Reynolds sayısında (100, 250, 500, 750, 1000, 1250, 1500) değerlendirilmiş olup, nanoakışkanlar 4 farklı hacim oranında (0,005, 0,01, 0,015, 0,02) ele alınmıştır. Tasarlanan modelde kullanılan tüm akışkanlar 323,15 K (T_h) ve 293,15 K (T_c) sıcaklık değerlerine sahiptir. Belirlenen parametrelerde modelin matematiksel hesaplamaları Comsol Multiphysics programında sonlu elemanlar yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, MgO/Ag-su ve CNT-su nanoakışkanların kullanımında sadece su kullanımına göre TEJ elektrik potansiyeli, çıkış gücü ve veriminde artış olduğunu göstermiştir. Nanoakışkanlar, tüm hacim oranlarında suya göre daha yüksek elektrik potansiyeli ve çıkış gücü sağlamıştır. MgO/Ag-su nanoakışkanı sahip olduğu tüm hacim oranlarında diğer akışkanlara göre daha yüksek elektrik potansiyeli ve çıkış gücü elde edilmesini sağlamıştır. En yüksek TEJ elektrik potansiyeli ve çıkış gücüne, Reynolds sayısı 1500 alındığında, 0,02 hacim oranına sahip MgO/Ag-su nanoakışkan kullanımı ile erişilmiştir. Bu durumu sırasıyla CNT-su ve sadece su kullanımı takip etmiştir. Daha düşük Reynolds sayılarında daha düşük voltaj ve çıkış gücü elde edilmiş, Reynolds sayısındaki artış ile paralel olarak voltaj ve çıkış gücü de artış göstermiştir. En yüksek elektrik potansiyeli ve çıkış gücü MgO/Ag-su ile edilmesine rağmen en yüksek TEJ verim değeri 0,02 hacim oranına sahip 1500 Reynolds sayısında CNT-su nanoakışkan ile elde edilmiştir. Nanoakışkanlar tüm parametrelerde suya göre daha yüksek TEJ verimine ulaşılmasını sağlamıştır. Nanoakışkan kullanımının, TEJ elektrik potansiyeli, çıkış gücü, verim değerinde belirgin bir iyileşmeye neden olduğu gözlemlenmiştir.

Nanofluids have higher thermal conductivites as compared to conventional fluids and in the previous studies on the thermoelectric generators (TEG) system they increased TEG efficiency. In this study, MgO/Ag-water hybrid nanofluid and CNT-water nanofluid were used in both hot and cold fluid to obtain the required temperature difference for the system. Thermoelectric power generation and TEG efficiency are compared with that of system using water as heat transfer fluid. The system using water and nanofluids are evaluated in 7 different Reynolds numbers (100, 250, 500, 750, 1000, 1250, 1500) and nanofluids were considered in 4 different volume fractions (0,005, 0,01, 0,015, 0,02). All fluids used in the configurations have 323,15 K (T_h) and 293,15 K (T_c) temperature values. Finite element method in the Comsol Multiphysics program was used for the numerical simulations. The results showed that the use of MgO/Ag-water and CNT-water nanofluids increased TEG electrical potential, output power and efficiency as compared to using only water. Nanofluids have provided higher electrical potential and output power in all volume fractions compared to water. The highest TEG electrical potential and output power were achieved with the use of MgO/Ag-water nanofluid with 0,02 volume fraction when Reynolds number 1500 is considered. This situation was followed respectively by use CNT-water and only water. Although the highest electrical potential and output power are with MgO/Ag-water nanofluid, the highest TEG efficiency value was obtained with a CNT-water nanofluid of 0,02 volume fraction in 1500 Reynolds number. Nanofluids enabled higher TEG efficiency in all parameters compared to water. It was observed that the use of nanofluid results in a significant improvement in TEG electrical potential, output power and efficiency value.