Yamuk kesitli mikro ısı değiştiricilerde nanoakışkanların (Al2O3/water and CuO/SU) akış ve ısı transferinin sayısal analizi

Abstract

Gerçekleştirilen bu çalışmada, içerisinde nanoakışkanın geçtiği yamuk kesitli mikrokanal içerisinde akış alanı ve mikrokanalın dış kısmındaki katı kısım, akış ve ısı transferi için sayısal olarak incelenmiştir. Isı transferi ve akış, Al2O3-su ve CuO-su nanoakışkanı için laminar akış şartlarında sabit yüzey ısı akısı sınır şartında gerçekleştirilmiştir. Sayısal çalışmada, Reynolds sayısının 200 ≤ Re ≤ 1500, nanoakışkanın tipinin Al2O3-su ve CuO-su, nanoakışkanın hacimsel yüzde oranının %0 ≤ voc ≤ %4 ve mikro ısı değiştiricideki kanal sayısının n=3-5 akış ve ısı transferine etkisi incelenmiştir. Sayısal çalışma ANSYS FLUENT 15.1 paket programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Isı değiştiricisinde kanal sayısı arttıkça nanoakışkanın kanaldan çıkış sıcaklığı ve Nusselt sayısı (Nu) azalmıştır, fakat ısı transfer katsayısı (h) ve basınç düşümü artmıştır. Isı değiştiricisinin aynı mikrokanal sayısında olması durumunda yüksek hacimsel yüzde oranları için Al2O3-su nanoakışkanın mikrokanaldan çıkış sıcaklığının ve Nusselt sayısının (Nu) CuO-su nanoakışkanına göre düşük olduğu, fakat ısı transfer katsayısının (h) ve basınç düşümünün yüksek olduğu görülmüştür. Nanoakışkan tipinin sürtünme faktörü üzerinde etkisinin olmadığı söylenebilir.

A numerical study is performed to investigate the effect of nanofluids application on heat transfer and fluid flow characteristics in a trapezoidal shaped microchannel heat sink (MCHS) for different Reynolds numbers 200-1500. In this study, the MCHS performance using Al2O3/water and CuO/water nanofluids with volume fraction ranges from 0% to 4% was utilized as coolant. Considering constant Reynolds number and constant total cross section area, the study is conducted for 3,4, and 5 aligned microchannel. The heat transfer governing equations are solved for a three-dimensional, single phase, incompressible, steady, laminar flow, with constant surface heat flux boundary condition by applying finite volume method. The MCHS performance is evaluated in terms of temperature profile, heat transfer coefficient, pressure drop, friction factor, Nusselt number, and velocity and temperature counters. The results indicated that by increasing the number of microchannel for a constant heat flux, both Nusselt number and external temperature of fluid are decreased while the heat transfer coefficient and pressure drop of the MCHS are increased. However, for the nanofluid with high volume concentration in a constant number of microchannel, external temperature and Nusselt number of Al2O3/water nanofluid is lower than CuO/water nanofluid while the heat transfer coefficient and pressure drop is higher than that of CuO/water. Also, the results showed that the type of nanofluid has no effect on friction factor.