Farklı Eğriliklere Sahip Kıvrımlı Borularda Nanoakışkan Akışı ve Isı Transfer Performanslarının Ekserji Analizi ile Belirlenmesi

Abstract

Bu çalışmada genlik ve periyotları farklı olan sinüzoidal kıvrımlı borularda ısı transferi ve basınç kayıp karakteristikleri sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal incelemeler türbülanslı akış koşullarında yüzeyde sabit ısı akısı termal sınır şartında yapılmıştır. Reynolds sayısı 5000-20000 değerleri arasında değişmekte olup çalışmada atmosfer şartlarında ısı transfer yağı ile (baz akışkan) bu baz akışkana %5 hacimsel oranda alümina (Al_2 O_3) ve titanyum dioksit (TiO_2) nanoparçacıklar ilave edilmesiyle elde edilen nanoakışkanlar kullanılmıştır. Sayısal incelemeler sonucu ölçülen değerlerden Nusselt sayısı (Nu) ve sürtünme faktörü (f) değerleri Reynolds (Re) sayısının bir fonksiyonu olarak sunulmuştur. Elde edilen sonuçlar düz boru ile karşılaştırılarak ısı transferi ve basınç kayıplarındaki değişmeler belirlenmiştir. Ayrıca kullanılan sinüzoidal kıvrımlı boruların ısıl performanslarını belirlemek amacıyla ekserji analizi yapılmıştır. Sinüzoidal eğriliklere sahip boruların genliği ve periyodu arttıkça, ısı transferi ve basınç kaybı değerlerinde artma görülmüştür. Ayrıca ısı transfer yağına %5 nanopartikül ilavesi ile elde edilen yeni nanoakışkanlarda ısı transfer artışı görülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre; 12sinx eğriliğine sahip sinüzoidal kıvrımlı borunun en iyi ısıl performansı gösterdiği belirlenmiştir.

In this study, heat transfer and pressure drop characteristics in sinusoidal pipes having various amplitudes and periods have been investigated numerically. Numerical studies have been carried out under the thermal boundary condition of constant heat flux at the surface in turbulent flow conditions. Numerical studies were carried out for Reynolds numbers ranging from 5000 to 20000 and the fluids used were heat transfer oil (base fluid) and two different fluids that formed by adding alümina (Al_2 O_3) and titanium dioxide (TiO_2) nanoparticles to this base fluid with five percent (%5) volumetric ratio. Nusset number and friction factor values calculated by using studies results were presented as a function of Reynolds Number. The results obtained were compared with the straight pipe and the changes in heat transfer and pressure drop were determined. Additionally exergy analysis was performed to determine the performance of sinusoidal curved pipes used. When the amplitude and period of the pipes having sinusoidal curvatures increase, heat transfer and pressure loss values were increased. In addition, heat transfer increase was observed in new nanofluids obtained by adding 5% nanoparticles to heat transfer oil. According to the results obtained; ıt has been determined that the sinusoidal curved pipe with 12sinx curvature has the best thermal performance.