Nanoakışkan bazlı soğutucu sıvı kullanılarak araba radyatörlerinin soğutma performansının iyileştirilmesi

Abstract

Genel olarak metal ve metal oksit parçacıkları içeren nanoakışkanlar, arabalarda, radyatörün soğutma performansının iyileştirilmesinde yaygınca kullanılmaktadır. Nanoakışkanlar ısı transferini arttırırken, diğer taraftan, basınç düşümünü arttırır ve dolayısıyla soğutma pompasının güç tüketimi de artar. Bu yüzden, optimizasyon gereklidir. Bu çalışmada temel sıvı, nanoparçacık tipi, nanoparçacık hacim yüzdesi ve Reynolds sayısının radyatör soğutma performansına olan etkileri sayısal olarak incelenmiştir. Akış ve ısı transferi karakteristiği sonlu hacimler metodu esasına dayanan, ticari bir kodla (Ansys Fluent 15.0) elde edilmiştir. Mevcut çalışmadaki model, literatürdeki deneysel çalışmalarla karşılaştırılmış ve doğrulanmıştır. Hesaplamalar Al2O3, CuO, Fe3O4 ve SiO2 olmak üzere dört farklı nanoparçacık için yapılmıştır. Nanoakışkanın viskozite ve efektif ısı iletim katsayısı deneysel verilerden oluşturulan modeller baz alınarak hesaplanmıştır. Akış türbülanslı akış olarak, Reynolds sayısı; 9350 ile 23000 arasında incelenmiştir ve nanoparçacık hacimsel yüzdesi; %0,1 ile %1 arasında hesaba katılmıştır. Optimizasyon için, etkili bir deneysel teknik olan Taguchi Metodu, hem optimum sonuca ulaşmak hem de toplam deney sayısını azaltmak için kullanılmıştır. Sonuçlar soğutma performansına ve yakıt tüketimine etki eden taşınım ısı transferi katsayısı ve basınç düşümü üzerinden değerlendirilmiştir. Bu değerler arasındaki fizibilite ilişkisi ise etkinlik değeri ve performans etki kriteri ile incelenmiştir. Böylece hem Taguchi metodu ile optimizasyon yapılmıştır hem de bu değerlerin gerçek koşullardaki uygulanabilirliği incelenmiştir. Sonuç olarak soğutma performansının iyileşmesiyle radyatörün boyutlarının küçültülmesinin sağlamış olduğu hacimsel yer kazanımı, aerodinamik direnç kuvvetini azaltarak yakıt ekonomisine sağladığı katkı ve ağırlık düşümü hesaplanmıştır

Nanofluids have been most commonly used in car radiators in order to improve the cooling performance. While nanoparticles are increasing the heat transfer rate, on the other hand, addition of nanoparticles into the base fluid increases the pressure drop as well which results in an increase in pump power. Therefore, optimization is required. This study aims to explore the effect of different parameters which are on the cooling performance of a car radiator numerically by using commercial code(ANSYS Fluent 15.0). The numerical procedure employed in the present work is validated by comparing the obtained results with the experimental results available in the literature. Computations are carried out for different nanoparticles (namely Al2O3, CuO, Fe3O4 and SiO2). The influence of Reynolds number is between 9350 and 23000 and the nanofluid volume fraction in the range of %0.1 and %1. For the analysis, Taguchi method, which is a powerful experimental technique, is used to reduce the number of trials, to determine the relation between the considered parameters and to identify the optimum combinations of the studied parameters and shorten the design phase. The results are presented and discussed on the basis of cooling performance index. As a result, the effect of improvement of cooling performance is to gain a space for designer because of minimized rediator. The effect of minimized rediator is calculated for fuel economy and weigth reduction additionally.