Bu deneysel çalışmanın amacı, farklı parametrelerin gövde borulu ısı değiştiricisinde meydana gelen ısı transferine ve akış özelliklerine etkisini sayısal olarak incelemek ve deneysel olarak doğrulamaktır. Çalışmada kullanılan parametreler; sıcak akışkan Re sayısı, TiO2/H2O nanoakışkanın hacimsel konsantrasyonu ve nanoakışkan oluşturulmasında kullanılan nanoparçacık boyutudur. Çalışmanın sayısal sonuçları ANSYS Fluent Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği programını kullanılarak elde edilmiş ve deneysel sonuçlarla doğrulanmıştır. Çalışmanın birinci aşamasında yapılan deneysel çalışmada; farklı Re sayılarının (Re=1000, 1500, 2000, 2200) gövde borulu ısı değiştiricisi etkinliğine olan etkisi incelenmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında; sayısal sonuçlar deney sonuçları ile doğrulanmış ve farklı iki parametrenin (nanoakışkan hacimsel konsantrasyonu (%0,2, 0,4, 0,8, 1,6) ve nanoparçacık boyutu (Dp=5, 10, 20 40 nm) ısı değiştiricisi etkinliğine olan etkisi incelenmiştir. Sonuç olarak; sıcak akışkan giriş sıcaklığı Tsıcak,giriş=50 ℃’de sabit iken Re sayısı Re=1000-2200 aralığında arttırıldığında ısı transfer etkinliğinde %6,15 azalma tespit edilmiştir. Sayısal olarak oluşturulan Dp=10 nm parçacık boyutlu TiO2/H2O nanoakışkanı için sabit giriş sıcaklığı (Tsıcak,giriş=50 ℃), sabit Re sayısında (Re=1000) nanoparçacık hacimsel konsantrasyonu φ=%0,2-1,6 aralığında arttırıldığında ısı transfer etkinliğinde %8 artış tespit edilmiştir. Nanoparçacık boyutunun etkisini incelemek için aynı şartlarda ve φ=0,2 hacimsel konsantrasyonda parçacık boyutu Dp=5-40 aralığında arttırıldığında ısı transfer etkinliğinde %1 azalma tespit edilmiştir. Bu çalışma sonucunda elde edilen veriler kullanılarak gelecekte, daha yüksek performanslı ısı değiştiricilerin tasarlanabileceği değerlendirilmiştir.
Gövde borulu ısı değiştiricisi Isı transferi Isı değiştiricisi etkinliği Nanoakışkan
The aim of this experimental study is to numerically examine and experimentally verify the effects of different parameters on the heat transfer and flow properties performing in the shell and tube heat exchanger. The parameters used in the study; Re number of the hot fluid, volumetric concentration of the TiO2/H2O nanofluid, and nanoparticle size used in the producing of nanofluid. The numerical results of this study were obtained using the ANSYS Fluent Computational Fluid Dynamics program and verified with the experimental results. In the experimental study which is carried out in the first step; the effect of different Re numbers (Re=1000, 1500, 2000, 2200) on the effectiveness of the shell-tube heat exchanger was investigated. In the second step of the study; the numerical results were verified with the experimental results and the effects of two different parameters (the volumetric concentration of the nanofluid (0.2%, 0.4, 0.8, 1.6) and the nanoparticle size (Dp=5, 10, 20 40 nm)) were investigated on the heat exchanger effectiveness. As a result; when hot fluid inlet temperature is constant (Th,in=50 ℃), increasing Re number in the range of Re=1000-2200 caused a decrease by 6.15% in the heat transfer effectiveness. When volume concentration ratio of the nanofluid was increased in the range of φ=0.2-1.6%, the heat transfer effectiveness improved by 8.0% for the numerically created TiO2/H2O nanofluid with Dp=10 nm particle size for constant temperature (Th,in=50 ℃) and constant Re number (Re=1000). In order to examine the effect of nanoparticle size, 1.0% decrease in heat transfer effectiveness was determined when the particle size was increased in the range of Dp=5-40 under the same conditions and at volumetric concentration of φ=0.2%. Using the data obtained as a result of this study, it is evaluated that higher performance heat exchangers can be designed in the future.
Shell-and-tube heat exchanger Heat transfer Heat exchanger effectiveness Nanofluid
Birincil Dil | Türkçe |
---|---|
Konular | Akışkan Akışı, Isı ve Kütle Transferinde Hesaplamalı Yöntemler (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Dahil), Makine Mühendisliği (Diğer) |
Bölüm | Makaleler |
Yazarlar | |
Yayımlanma Tarihi | 28 Temmuz 2023 |
Yayımlandığı Sayı | Yıl 2023 Cilt: 38 Sayı: 2 |