Mikrokanallarda nanoakışkanların ısı transferi ve basınç düşümü karakteristiklerinin araştırılması

Abstract

Bu tez çalışmasında metalik partiküllerden oluşturulan su bazlı nanoakışkanların sabit ısı akısı sınır şartlarında mikro kanallarda ısı transferi ve basınç düşümü karakteristikleri araştırılmıştır. TiO2 metal nanopartiküllerin temel akışkan olarak seçilen de-iyonize su içerisine beş farklı hacimsel oranda (φ=0.0025, 0.005, 0.01, 0.015 ve 0.02) katılmasıyla nanoakışkanlar hazırlanmış ve akış hızı (U=0.065-1.65 m/s), hacimsel oran ve kanal yüksekliği (H=200 µm, 300 µm, 400 µm ve 500 µm) gibi parametrelerin ısı transferi ve basınç düşümüne etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Laminar akış ve kararlı hal şartlarında, hem saf su hem de su-TiO2 nanoakışkanı için kanal yüksekliği azaldıkça ısı taşınım katsayısı artmıştır. Temel akışkan içerisine nano boyutta metal oksit partiküllerin eklenmesi sürtünme katsayısında çok fazla artışa neden olmamıştır ancak, saf suyunkinden daha yüksek ısı transferi sağlamıştır. Su-TiO2 nanoakışkanının %2.0 hacimsel konsantrasyona kadar ısı transferini artırdığı ancak %2.0'den sonra ısı transferinin azaldığı sonucuna varılmıştır. Ayrıca, bütün durumlar için toplam ısı transferi iyileştirmesi hesaplanmış ve en yüksek değeri h=300 µm için en düşük Reynolds sayısında %1.5 hacimsel konsantrasyona sahip su-TiO2 nanoakışkanı için elde edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Mikrokanal, nanoakışkan, ısı transferi, TiO2.

In this thesis study, heat transfer and pressure drop characteristics of water based nanofluids created by different metallic particles in microchannels under constant heat flux boundary conditions were investigated. Nanofluids were prepared by the addition of TiO2 metallic nano particles into deionized water chosen as base fluid in five different volumetric ratios (φ=0.0025, 0.005, 0.01, 0.015 ve 0.02), and, the effects of parameters like flow velocity (U=0.065-1.65 m/s), particle volume fraction and microchannel height (H=200 µm, 300 µm, 400 µm ve 500 µm) on heat transfer and pressure drop characteristics were analyzed experimentally. Under laminar flow and steady state conditions, heat transfer coefficient increased by the decrease of channel height for both pure water and water-TiO2 nanofluids. Adding metallic oxide particles in nano dimensions into the base fluid did not cause excessive increase in friction coefficient but provided higher heat transfer than that of pure water. It was concluded that water-TiO2 nanofluid increased heat transfer up to 2.0%, but, heat transfer decreased after 2.0%. Furthermore, overall heat transfer enhancement was calculated for all cases and the highest value was provided at h=300 µm and lowest Reynolds number for water-TiO2 nanofluid withparticle volume concentration of 1.5%.