Nano akışkanlarda havuz kaynama ısı transferinin deneysel incelenmesi

Abstract

Kaynama, büyük miktarlardaki ısı enerjisinin düşük sıcaklık farklarında transfer edilmesine imkan sağlayan ve oldukça geniş uygulama alanına sahip bir ısı transfer tipidir. İş yapan akışkanın termal özellikleri kaynama ısı transferi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Nano teknolojideki son gelişmeler, ?nano akışkan? adı verilen yeni bir ısı transfer akışkanının geliştirilmesine olanak sağlamıştır. Nano akışkanlar, nanometre boyutlarında (genelde, <100nm) partiküllerin su, yağ veya etilen glikol gibi temel bir akışkanda dağıtılmasıyla elde edilir. Üstün ısı transfer özellikleri nedeniyle nano akışkanlar, birçok ısı transfer alanında uygulama potansiyeline sahiptirler.Bu çalışmada, nano akışkanlarda havuz kaynama ısı transfer karakteristikleri deneysel olarak incelenmiştir. Al2O3, SiO2, TiO2 ve CuO nano partikülleri nano akışkan hazırlanmasında kullanılmıştır. De-iyonize su esaslı nano akışkanlar dört farklı hacimsel konsantrasyonda (%0.001, %0.01, %0.05 ve %0.1) hazırlanmıştır. Bronz malzemeden yapılmış silindirik test numunesi yüksek sıcaklıklara kadar ısıtıldıktan sonra, atmosfer basıncı altında doymuş şartlardaki nano akışkan süspansiyonlarına aniden daldırmıştır. Numuneye ait sıcaklık-zaman verileri ile soğuma eğrileri çizilmiş ve kaynama eğrileri elde edilmiştir. Deneysel sonuçlar, nano akışkanlarda soğutulan test numunesinin soğuma davranışının saf sudakine benzer olduğunu göstermiştir. Soğuma eğrilerinde deney tekrarı ile sola doğru kayma meydana gelmiş ve böylece film kaynama daha erken sona ermiştir. Nano akışkanların film kaynama ısı transferi üzerine önemli bir etkisinin olmadığı görülmüştür. Ancak, özellikle silika nano akışkanı için deney tekrarı ile film kaynama kaybolmuş ve kritik ısı akısı artmıştır. Çekirdek kaynama ısı transfer katsayısında tüm nano akışkanlar için önemli bir değişim görülmemiştir. Sonuç olarak, numune yüzeyinde biriken nano partiküller nedeniyle değişen yüzey karakteristiklerinin soğuma prosesi üzerinde önemli bir etkisinin olduğu belirlenmiştir.

Boiling is a kind of heat transfer that provides a large amount of heat transfer at low temperature differences and has a wide application area. The thermal properties of working fluids have significant influence over the boiling heat transfer. Recent advances in nanotechnology have allowed development of a new category of heat transfer fluids termed nanofluids. Nanofluids are obtained by dispersing nano-sized particles (usually <100nm) in a base fluid such as water, oil, or ethylene glycol. Due to their improved heat transfer characteristics, nanofluids have potential application in many heat transfer areas.In this study, pool boiling heat transfer characteristics in nanofluids were experimentally investigated. Al2O3, SiO2, TiO2 and CuO nanoparticles were used to prepare the nanofluids. The deionized water-based nanofluids were acquired at four different concentrations (0.001, 0.01, 0.05 and 0.1vol.%). When the cylindrical test specimen made up off brass was heated at high temperatures, it was suddenly immersed into the cooling fluids in a pool at saturated conditions and at atmospheric pressure. Considering the temperature-time data of the specimen, the cooling curves were drawn and the boiling curves were obtained. The experimental results showed that the quenching behavior of the test specimen quenched by nanofluids were nearly identical to that in pure water. A considerable shift to the left in quenching curves occurred with the repetition tests and, therefore, the film boiling region vanished earlier. It was found that nanofluids have not considerable effect on the pool film boiling heat transfer. However, the film boiling region disappeared and the critical heat flux increased during the repetition tests in silica nanofluids especially. A considerable change in nucleate pool boiling heat transfer was not observed for all nanofluids. Consequently, it has been determined that a change of surface characteristics by the deposition of nanoparticles on the surface has a major effect on the quenching process.