Experimental Investigation of Nano-fluids Performance in Heat Pipes

Abstract

Son yıllarda üretilen nano boyutlarda katı partiküllerin, geleneksel ısı transfer akışkanları ile kararlı şekilde karıştırılmasıyla elde edilen ve yeni nesil ısı transfer akışkanı olarak ifade edilen nano-akışkanların ısıl performanslarının belirlenmesi alanında araştırmalar günümüzde önemli bir ihtiyaç haline gelmektedir. Bu çalışmada, vakum tüplü cam kollektör vasıtasıyla güneş enerjisinden yararlanılarak termosifon tip ısı borusu üzerinde, hazırlanmış olan nano-akışkanların ısıl performansları incelenmiş ve deneysel çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Temel akışkan olarak saf su kullanılan % 1, % 2, % 3 hacimsel nano-partikül katkılama oranlı konsantrasyonlarında TiO2-Su, CuO-Su ve Al2O3-Su nano-akışkanları ve çalışma akışkanı saf su ile hazırlanan 10 adet ısı borusunda farklı eğim açılarında ve % 25, % 50, % 75, % 100 evaparatör doluluk oranlarında deneysel işlemi yapılmıştır ve ısı borusu üzerinde üç bölgeye yerleştirilmiş termokupllar vasıtasıyla sıcaklık dağılımları ölçülerek ısı transferi performansları karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada incelenen nano-akışkanlar uygulama alanlarının verimi açısından önem taşımaktadır. Elde edilen sonuçlarda, nano-akışkanlar saf suya göre ısı borularında daha yüksek ısı taşınım performansı göstermişlerdir. TiO2-Su, CuO-Su ve Al2O3-Su nano-akışkanlarından en iyi ısı taşıma performansı % 2 hacimsel nano-partikül katkılama oranlı konsantrasyonlarından Al2O3-Su nano-akışkanından elde edilmiştir. Daha sonra en yüksek performans sırası ile % 2 TiO2, % 2 CuO nano-partikül içeren nano-akışkanları olarak bulunmuştur. Çalışma akışkanı olarak saf su bulunan ısı borusu ise en düşük performansı göstermiştir. % 2 hacimsel nano-partikül katkılama oranlı konsantrasyonunda nano-akışkanlar için, % 75 evaparatör bölgesi doluluk oranında en yüksek verim elde edilmiştir.

In recent years, nano-sized solid particles have been mixed with conventional heat transfer fluids in a stable manner and research in the field of determining the thermal performances of the nano-fluids, which are expressed as the new generation heat transfer fluid, is becoming an important need nowadays. In this study, the thermal performances of the prepared nano-fluids were investigated on the thermosiphon type heat pipe by using solar energy by vacuum tube glass collector and experimental studies were carried out. In 10 heat pipes prepared with TiO2-Water, CuO-Water and Al2O3-Water nano-fluids and pure water at 1 %, 2 %, 3 % volumetric nano-particle addition rate concentrations using pure water as the basic fluid, different collector tilt angles and 25 % , 50 %, 75 %, 100 % evaporator area fill rates and heat transfer performances were compared by measuring the temperature distributions via thermocouples placed in three locations on the heat pipe. The nano-fluids examined are of importance in terms of increasing the efficiency of their application areas. In the results obtained, nano-fluids show higher heat transfer performance in heat pipes than pure water. The best heat transfer performance from TiO2-Water, CuO-Water and Al2O3-Water nano-fluids was obtained from Al2O3-Water nano-fluid at 2 % volumetric nano-particle addition rate concentrations. Later, the highest performance was found as nano-fluids containing 2 % TiO2 and 2 % CuO nano-particles. The heat pipe with pure water showed the lowest performance. For nano-fluids at a concentration of 2 % volumetric nano-particle addition rate, the highest efficiency was obtained at the rate of 75 % evaporator area occupancy.