Optimization of Parameters Affecting the Thermal Efficiency in Heat Pipes Using Different Nanofluids with Taguchi Method

Year 2023, Volume: 28 Issue: 3, 1081 - 1090, 29.12.2023

Ahmet Öztürk Fatin Sönmez Abdüssamed Kabakuş

https://doi.org/10.53433/yyufbed.1242697

Abstract

In this study, parameters affecting the thermal efficiency of heat pipes were optimized by the Taguchi method using different types of nanofluids in heat exchangers. The experimental design was carried out according to the L27(3^4) orthogonal series at three levels for four parameters affecting the thermal efficiency. The experiments were conducted for Aluminum Oxide (Al2O3), Titanium dioxide (TiO2) and Silicon dioxide (SiO2) at 0.2-0.4-0.6% concentrations. Isopropyl alcohol was used as base fluid in nanofluid suspensions. The inlet temperatures in the evaporator region were determined as 40-60-80°C, and the air velocities in the condenser region were determined as 0.4-0.8-1.2m/s. As a result of the experiments the thermal efficiencies of the heat pipes were calculated. The model’s accuracy of the model was tested by analysis of variance (ANOVA) and optimum parameters were determined as nanoparticle SiO2, concentration 0.4, evaporator inlet temperature 80°C and air velocity in the condenser 1.2m/s.

Keywords

Heat pipe, Nanofluid, Taguchi method, Thermal efficiency

Supporting Institution

AÇÜ BAP

Project Number

2022.F90.02.04

Farklı Nanoakışkanlar Kullanılan Isı Borularında Termal Verimi Etkileyen Parametrelerin Taguchi Yöntemi ile Optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada ısı değiştiricilerinde farklı tip nanoakışkanlar kullanılarak ısı borularının termal verimini etkileyen parametreler Taguchi yöntemi ile optimize edilmiştir. Deney tasarımı termal verimi etkileyen dört parametre için üç seviyede L27(3^4) ortogonal serisine göre gerçekleştirilmiştir. Deneyler %0.2-0.4-0.6 derişimlerde, Alüminyum Oksit (Al2O3), Titanyum dioksit (TiO2) ve Silisyum dioksit (SiO2) için yapılmıştır. Nanoakışkan süspansiyonlarında temel sıvısı olarak izopropil alkol kullanılmıştır. Evaporatör bölgesindeki giriş sıcaklıkları 40-60-80°C, kondenser bölgesindeki hava hızları 0.4-0.8-1.2m/s olarak belirlenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda ısı borularının ısıl verimleri hesaplanmıştır. Varyans analizi (ANOVA) ile modelin doğruluğu test edilmiş ve optimum parametreler; nanopartikül SiO2, derişim 0.4, evaporatör giriş sıcaklığı 80°C ve kondenserdeki hava hızı 1.2m/s olarak elde edilmiştir.

Keywords

Isı borusu, Nanoakışkan, Taguchi yöntemi, Termal verim

Project Number

2022.F90.02.04

References

• Ata, İ., & Acır, A. (2020). Hava akışkanlı güneş kollektöründe ısı transferi iyileştirmesine etki eden parametrelerin taguchi metodu ile optimizasyonu. Journal of Polytechnic, 23(2), 527-535. doi:10.2339/politeknik.525884
• Çangal, Ç., & Ayhan, V. (2021). Biyodizel ve EGR kullanılan bir dizel motorunda motor performansını ve NO emisyonunu etkileyen faktörlerin Taguchi yöntemi ile optimizasyonu. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 9(5), 1676-1694. doi:10.29130/dubited.700971
• Erol, E., Menlik, T., & Sözen, A. (2017, Kasım). TiO2 nanoakışkanının paralel akışlı borulu tip ısı değiştiricilerde ısıl iletkenliğe etkisi. 1st International Conference on Energy Systems Engineering, Karabük, Türkiye.
• Harun, M. A. Bin, Gunnasegaran, P. A., Sidik, N. A. C., Beriache, M., & Ghaderian, J. (2021). Experimental investigation and optimization of loop heat pipe performance with nanofluids. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 144(4), 1435-1449. doi:10.1007/s10973-020-09641-8
• Kabakuş, A. (2021). Isı alıcılarda elektrosprey soğutma analizi. (Doktora Tezi), Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum, Türkiye.
• Kabakuş, A., Yakut, K., Özakın, A. N., & Yakut, R. (2021). Experimental determination of cooling performance on heat sinks with cone-jet electrospray mode. Engineering Science and Technology, an International Journal, 24(3), 665-670. doi:10.1016/j.jestch.2020.11.004
• Kaya, H., & Ekiciler, R. (2020). Nanoakışkan kullanılan U-dönüşlü çift borulu ısı değiştiricisi akışının sayısal analizi. Selçuk-Teknik Dergisi, 19(3), 120-136.
• Minitab 21 Support. (2023). United Kingdom. https://support.minitab.com/en-us/minitab/21/help-and-how-to/statistical-modeling/anova/how-to/main-effects-plot/interpret-the-results/key-results Erişim tarihi: 03.01.2023.
• Öztürk, A., Özalp, M., & Sözen, A. (2018). Experimental investigation of an Al2O3/distilled water nanofluid used in the heat pipes of heat exchangers. Gazi University Journal of Science, 31(2), 616-626.
• Şahin, F., & Namlı, L. (2018). Nanoakışkanlarda kararlılığın ısı transferi̇nin iyi̇leşti̇rme açısından önemi̇. Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7(2), 880-898. doi:10.28948/ngumuh.445339
• Tezekici, S. (2005). Türkiye’de enerji sektörü ve elektrik enerjisi talep projeksiyonu (kaynaklar-politikalar). (Doktora Tezi), İstanbul Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, İstanbul, Türkiye.
• Türkan, B. (2022). Baca gazı destekli organik rankine çevrimi için Taguchi analizi. European Journal of Science and Technology, 34, 381-386. doi:10.31590/ejosat.1082626
• Vijayakumar, M., Navaneethakrishnan, P., & Kumaresan, G. (2016). Thermal characteristics studies on sintered wick heat pipe using CuO and Al2O3 nanofluids. Experimental Thermal and Fluid Science, 79, 25-35. doi:10.1016/j.expthermflusci.2016.06.021
• Yılankırkan, N., & Doğan, H. (2020). Türkiye’nin enerji görünümü ve 2023 yılı birincil enerji arz projeksiyonu. Batman Üniversitesi Yaşam Bilimleri Dergisi, 10(2), 77-92.