Borulu ısı eşanjörlerinde kullanılan nanoakışkanların ısı transfer karakteristiklerinin sayısal olarak incelenmesi

Abstract

Enerji tasarrufu konusundaki farkındalığın artmasıyla birlikte, enerji verimliliğinde istikrarlı ve önemli bir artış olmuştur. Isı eşanjörlerinin verimliliği ve kompaktlığının aktif ve pasif yöntemlerle artırılabileceği hem deneysel hem de sayısal çalışmalar sonucunda ortaya konmuştur. Bu çalışmada, farklı hacimsel debilerde sıcak ve soğuk akışkanların kullanıldığı, eş merkezli, iç içe borulu, paralel ve zıt akışlı bir ısı eşanjörünün ısıl ve hidrolik performansı sayısal olarak incelenmiştir.Sıcak akışkan tarafında su, soğuk akışkan tarafında %0:100, %40:60, %60:40 ve %100:0 olmak üzere farklı oranlardaki etilen glikol-su karışımı içerisine %0, %2, %4, %6 katı hacim konsantrasyonlarında Al2O3 ve SiO2 nanoparçacıkların eklenmesiyle elde edilen nanoakışkanlar kullanılmıştır.Sayısal çalışmaların sonuçlarına göre, zıt akış altında sıcak akışkan olan suyun sabit hacimsel debi değeri 3 l/dk ve nanoakışkanların sabit hacimsel debi değeri 0,9 l/dk alındığında, %6 katı hacim konsantrasyon için Al2O3-%100:0 EG/su ve SiO2-%100:0 EG/su nanoakışkanlarının Nusselt sayısında, %0:100 EG/su oranına kıyasla sırasıyla %15,4 ve %9,1 oranında artış olmuştur.Sonuçlar, zıt akışlı bir ısı eşanjöründeki basınç düşümünün yüksek değerlerde olmasının yanında, ısı eşanjörü performasının paralel akışa göre daha iyi olduğunu, nanoakışkanın içerdiği katı hacim konsantrasyonun artmasıyla Nusselt sayısının arttığını ve Al2O3-%100:0 EG/su nanoakışkanının hem %0:100 EG/su oranına hem de SiO2- %100:0 EG/su nanoakışkanına göre ısı eşanjörünün performansını artırmada daha etkili olduğunu göstermektedir.

With the increased awareness of energy saving, there has been a steady and significant increase in energy efficiency. It has been revealed as a result of both experimental and numerical studies that the efficiency and compactness of heat exchangers can be increased by active and passive methods. In this study, the thermal and hydraulic performance of a concentric, intertwined, parallel and counter flow in a tubular heat exchanger, using hot and cold fluids at different volumetric flows, was investigated numerically.Water on the hot fluid side, 0:100%, 40:60%, 60:40% and 100:0% on the cold fluid side, into different ratios of EG-water at 0%, 2%, 4%, 6% solid volume concentrations nanofluids obtained by adding Al2O3 and SiO2 nanoparticles were used.According to the results of numerical studies, when the fixed volumetric flow value of hot fluid water is 3 l/min and the constant volumetric flow value of nanofluids is 0.9 l/min, Al2O3-100:0% EG/water and SiO2-100:0% EG/water. The Nusselt number of nanofluids increased by 15.4% and 9.1%, respectively, compared to 0:100% EG/water.The results showed that the pressure drop in a counter flow tubular heat exchanger is high, as well as the heat exchanger performance is better than the parallel flow, the Nusselt number increases with the solid volume concentration contained in the nanofluid, and both the 0:100% ratio and the SiO2 of the Al2O3-100:0% EG/water nanofluid. SiO2 -100:0% EG/water indicates that it is more effective in increasing the performance of the heat exchanger compared to nanofluid.