Nanoakışkan Kullanımında Ani Daralma ve Ani Genişleme Bağlantı Elemanlarının Akış Karakteristiklerinin Sayısal Olarak İncelenmesi

Öz

Yapılan bu çalışmada endüstriyel sistemlerde en çok kullanılan iki farklı tesisat bağlantı parçasının (ani daralma ve ani genişleme) içerisinden nanoakışkan geçirilerek bu bağlantı parçalarının basınç düşüşleri ve kayıp katsayıları sayısal olarak incelenmiştir. Nanoakışkan, temel akışkan su alınarak içerisine farklı konsantrasyonlarda alüminyum, bakır ve titanyum esaslı nanoparçacıkların eklenmesiyle elde edilmiştir. Artan konsantrasyonun basınç kaybı ve akış yapısı üzerinde etkisini incelemek için farklı konsantrasyonlarda farklı nanoakışkanlar incelenmiştir ((A2O3, %0,3, %0.5, %1, %2, %3), CuO (%1, %2, %4) ve Ti2O (%0.05, %0.1, %0.3, %0.5)). Nanoakışkanların termofiziksel özellikleri daha önce yapılmış olan çalışmalardan alınmıştır. Hesaplama sonuçları, literatürdeki sonuçlar ile doğrulanmıştır. Sayısal çözümlemelerde yaygın olarak tercih edilen Standart k- ε ve Standart k- ω türbülans modeli olmak üzere 2 farklı türbülans modeli kullanılmıştır. Elde edilen hesaplar sonucunda incelenen her akışkanda, konsantrasyon arttıkça viskozitenin artışı ile yerel kayıpların da arttığı ortaya konulmuştur. En uygun türbülans modelinin bütün bağlantı parçaları için k-ε olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Hesaplamalı akışkanlar dinamiği
• bağlantı elemanı
• nanoakışkan
• yerel kayıp
• basınç düşüsü

Numerical Investigation about Flow Characteristics of Sudden Contraction and Sudden Expansion Fittings with Nanofluid Usage

Abstract

In this study, the pressure drop and the coefficient of loss of nano fluid have been numerically investigated for two different types of fitting connection (i.e., sudden contraction and sudden expansion) used commonly in the industrial systems. Nano fluid was obtained to mix the base water (H2O) fluid with different concentration of aluminum (Al), copper (Cu), and titanium (Ti) nanoparticles. To investigate the augmentation of the concentration ratio on the pressure drop and the flow structure, we conducted various nanofluids for various concentration ratios ((Al2O3, 0.3%, 0.5%, 1%, 2%, 3%), CuO (1%, 2%, 4%) ve Ti2O (0.05%, 0.1%, 0.3%, 0.5%)). The thermophysical properties of the nanofluids were taken from the previous studies. Our results were validated with the given literature. Two different turbulence models frequently used in the numerical analysis, Standard k- ε and Standard k- ω, were chosen in this study. As a result of this numerical study, for each nano fluid, we observe that increasing the concentration ratio cause to increase the viscosity as well as the local losses. The most suitable turbulence model is determined as k-ε for all connection fittings.

Keywords

• Computational fluid Dynamics
• fittings
• nanofluid
• local loss
• pressure drop

References

1. Artuç, M. (2007). Nanoakışkanların ısıl iletkenliklerinin ölçülmesi. Yüksek Lisans Tezi.
2. Awang, M. T. (2010). Development of Regression Equation for Heat Capacity and Density of Nanofluids Properties. Universiti Malaysia Pahang.
3. Bedir, Ö. (2013). Sabit Isı Akılı Yatay Bir Boruda Zorlanmış Türbülanslı Akışta Nanoakışkanların Sayısal İncelenmesi. Doktora Tezi.
4. Bergles, A. (1983). Augmentation of Heat Transfer. Heat Exchanger Design Handbook. Hemisphere Publishing, New York, secs, 2(11), 489-501.
5. Bianco, V., Chiacchio, F., Manca, O., & Nardini, S. (2009). Numerical investigation of nanofluids forced convection in circular tubes. Applied Thermal Engineering, 29(17-18), 3632-3642.
6. Choi, S. U., & Eastman, J. A. (1995). Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles. Retrieved from
7. Çengel, Y. A., Cimbala, J. M., & Engin, T. (2008). Akışkanlar mekaniği: temelleri ve uygulamaları: Güven Kitabevi.
8. Duangthongsuk, W., Yiamsawasd, T., Selim Dalkilic, A., & Wongwises, S. (2013). Pool-boiling heat transfer characteristics of Al2O3-water nanofluids on a horizontal cylindrical heating surface. Current Nanoscience, 9(1), 56-60.

9. Ganvir, R., Walke, P., & Kriplani, V. (2017). Heat transfer characteristics in nanofluid—a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 75, 451-460.
10. Gavtash, B., Hussain, K., Layeghi, M., & Lafmejani, S. S. (2012). Numerical simulation of the effects of nanofluid on a heat pipe thermal performance. International Journal of Mechanical and Mechatronics Engineering, 6(8), 1462-1468.
11. Hassanzadeh, R., & Tokgoz, N. (2017). Thermal-hydraulic characteristics of nanofluid flow in corrugated ducts. Journal of Engineering Thermophysics, 26(4), 498-513.
12. Hosseini, S. S., Shahrjerdi, A., & Vazifeshenas, Y. (2011). A review of relations for physical properties of nanofluids. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 5(10), 417-435.
13. Kakaç, S., & Pramuanjaroenkij, A. (2016). Analysis of convective heat transfer enhancement by nanofluids: single-phase and two-phase treatments. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 89(3), 758-793.
14. Kulkarni, D. P., Namburu, P. K., & Das, D. K. (2016). Comparison of heat transfer and fluid dynamic performance of nanofluids. Une, 13, 15. Gedik, E., Kayfeci, M., Keçebaş, A., Kurt, H. (2017). Dairsel bir boruda Al2O3/su ve Tio2/su nanoakışkanların laminer zorlanmış ısı taşınımı, TTMD Dergisi, 48-53,
15. Murshed, S., Leong, K., & Yang, C. (2008). Thermophysical and electrokinetic properties of nanofluids–a critical review. Applied Thermal Engineering, 28(17-18), 2109-2125.
16. Özbey, M. (2016). Experimental study on pressure drop of aluminum-oxide/water nanofluids. Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 30(2), 342-349.
17. Şahin, B., ÇomaklI, K., Çomaklı, Ö., & Yılmaz, M. (2006). Nanoakışkanlar ile ısı transferinin iyileştirilmesi. Mühendis ve Makina, 47(559), 29-34.
18. Timofeeva, E. V., Yu, W., France, D. M., Singh, D., & Routbort, J. L. (2011). Nanofluids for heat transfer: an engineering approach. Nanoscale research letters, 6(1), 1-7.
19. Tokgöz, N., Alıç, E., Kaşka, Ö., & Aksot, M. (2018). The numerical study of heat transfer enhancement using Al2O3-water nanofluid in corrugated duct application.
20. Vajjha, R., Das, D., & Mahagaonkar, B. (2009). Density measurement of different nanofluids and their comparison with theory. Petroleum Science and Technology, 27(6), 612-624.
21. Wilcox, D. C. (1988). Reassessment of the scale-determining equation for advanced turbulence models. AIAA journal, 26(11), 1299-1310.