Isı borularının performansının nanoakışkanlar ile iyileştirilmesinin teorik olarak incelenmesi

Abstract

Isı transferi birçok endüstriyel ve tüketici sisteminde önemli bir yere sahiptir. Isı borusu, ısı transferinde kullanılan, yüksek ısıl iletkenliğe sahip bir cihazdır. Isı borusu; ısıyı çalışma akışkanına aktaran buharlaştırıcı bölümü, ısı taşınması için kullanılan adyabatik bölüm ve çalışma akışkanını soğutan yoğunlaştırıcı bölümü olmak üzere üç bölümden oluşmaktadır. Isı borusunun çalışmasının temel prensibi, içerisinde bulunan çalışma sıvısının fazını değiştirmektir. Isı borusu, buharlaştırıcıdan ısıyı emmekte, adyabatik bölümden yoğunlaştırıcıya taşımakta ve ısısını çevreye aktarmaktadır yani bir bölgeden başka bir bölgeye buharlaşma ve yoğunlaşma faz değişimini kullanarak ısıyı transfer etmektedir.Isı borusunda kullanılan geleneksel çalışma sıvılarının zayıf olan ısıl iletkenliği ısı transferinin etkinliğini ve uygulamalarını sınırlamaktadır. Bu nedenle geleneksel çalışma sıvısını, yüksek ısı transfer performansına sahip bir çalışma sıvısı ile değiştirme fikri oluşmuştur. Bilim adamları ve mühendisler, nano boyutlu parçacıkları sıvıların içerisine dağıtarak bu temel sorunun üstesinden gelmek için büyük çaba sarf etmişlerdir. Nanopartiküller ile birleştirilen sıvıyı tanımlayan nanoakışkan terminolojisi, ilk olarak Choi tarafından geliştirilmiştir ve nanoakışkanın ısı transferinin ve ısıl performansının saf baz sıvısından daha iyi olduğu anlaşılmıştır. Nanoakışkan, nanopartiküllerin geleneksel çalışma sıvısı ile karıştırılmasıyla oluşturulan kararlı bir katı-sıvı süspansiyonudur.Bu tez çalışmasında, ısı borularında kullanılan nanoakışkanlar üzerine yapılan deneysel ve sayısal araştırmalar incelenmiştir. Isı borusunun ısıl performansı ve ısıl direncinin birçok deneysel koşula bağlı olduğu görülmüştür. Bu koşullar, ısı borusu türleri, nanoakışkan özellikleri, ısı borularının tasarımı ve çalışma koşulları gibi farklı parametreleri içermektedir.

Heat transfer has an important role in many industrial and consumer systems. Heat pipe is a device with high thermal conductivity, used in heat transfer. The heat pipe is made of three parts; evaporator section which is a heat absorber part and transfers heat to working fluid, the adiabatic section used for heat transportation and the condenser section that cools the working fluid. The basic principle of the heat pipe operation is to change the base fluid's phase. The heat pipe absorbs heat from the evaporator, transports it from the adiabatic section to the condenser and transfers its heat to the surround, that is, it transfers heat from one region to another using evaporation and condensation phase change.The low thermal conductivity of conventional working fluids used in the heat pipe limits the efficiency and applications of heat transfer. Therefore, the idea of replacing the conventional working fluid with a working fluid with high heat transfer performance has occurred. Scientists and engineers have made great efforts to overcome this fundamental problem by dispersing nanoparticles into liquids. The nanofluid terminology, which describes the liquid combined with the nanoparticles, was first developed by Choi, and it was found that the heat transfer and thermal performance of the nanofluid was better than pure base fluid. Nanofluid is a stable solid-liquid suspension created by mixing nanoparticles with conventional working fluid.In this thesis, experimental and numerical researches on nanofluids used in heat pipes are investigated. It is found that thermal performance and thermal resistance of the heat pipe have depend on many experimental conditions. These conditions include different parameters such as heat pipe types, nanofluid properties, heat pipe design and operating states.