Çoklu Mikrokanallarda Ferroakışkanların Isı Transferi ve Basınç Düşümü Karakteristiklerinin Deneysel İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada su bazlı ferroakışkanların sabit ısı akısı sınır şartlarında dikdörtgen kesite sahip çoklu mikro

kanallarda ısı transferi ve basınç düşümü karakteristikleri araştırılmıştır. Fe2O3. NiO nano partiküllerinin temel

akışkan olarak seçilen saf su içerisine iki farklı hacimsel oranda (φ=0.0025 ve 0.005) katılmasıyla ferroakışkanlar

hazırlanmış ve Reynolds sayısı, partikül hacimsel oran gibi parametrelerin ısı transferi ve basınç düşümüne

etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Laminar akış ve kararlı hal şartlarında, ısı transferi artan partikül hacimsel

konsantrasyonu ile artmıştır. Saf suya göre ısı transferinde minimum % 8.6, maksimum % 31.6 oranında artış

sağlanmıştır. Temel akışkan içerisine süspanse edilen nano partiküller sürtünme faktöründe saf suya göre en az

%16.4, en çok % 36.1 artış meydana getirmiştir. Partikül hacimsel konsantrasyonun %0.25’ten %0.5’e artırılması

toplam ısı transferi iyileştirmesinde en az %6.8, en çok %8.9 oranında artışa neden olmuştur.

Keywords

• Ferroakışkan,Fe2O3.NiO,mikrokanal,ısı transferi,nanoakışkan.

Experimental Investigation of Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics of Ferrofluids in Multiple Microchannels

Abstract

In this study, heat transfer and pressure drop characteristics of water based ferrofluids in multiple

microchannels with rectangular cross section under constant heat flux boundary conditions were investigated.

Ferrofluids were prepared by the addition of Fe2O3.NiO nano particles into pure water chosen as base fluid in two

different volumetric ratios (φ=0.0025 and 0.005), and the effects of parameters like Reynolds number, particle

volume fraction on heat transfer and pressure drop characteristics were analyzed experimentally. Under laminar flow

and steady state conditions, heat transfer increased with increasing particle volumetric concentration. Minimum

8.6% and maximum 31.6% enhancement in heat transfer was obtained according to pure water. Nano particles

suspended into the base liquid caused minimum 16.4 % and maximum 36.1% increase in friction factor according

to pure water. Increasing particle volume concentration from 0.25% to 0.5% yielded 6.8% and 8.9% increase in

total heat transfer enhancement.

Keywords

• Ferrofluid,Fe2O3.NiO,heat transfer,microchannel,nanofluid

References

1. Canay A, 2007. Mikrokanallarda ısı transferi. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 122s.
2. Dilek EF, 2008. Nanoakışkanların hazırlaması ve ısıl iletkenliklerinin belirlenmesi. Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 97s.
3. Gunnasegaran P, Mohammed HA, Shuaib NH, Saidur R, 2010. The effect of geometrical parameters on heat transfer characteristics of microchannels heat sink with different shapes. International Communications in Heat and Mass Transfer, 37: 1078–1086.
4. Jang SP, Choi SUS, 2006. Cooling performance of a microchannel heat sink with nanofluids. Applied Thermal Engineering, 26: 2457–2463.
5. Jung JY, Oh HS, Kwak HY, 2009. Forced convective heat transfer of nanofluids in microchannels. International Journal of Heat and Mass Transfer, 52: 466–472.
6. Kline SJ, McClintock FA, 1953. Describing uncertainties in single-sample experiments. Mechanical Engineering, 75(1):3–8.
7. Lee J, Mudawar I, 2007. Assessment of the effectiveness of nanofluids for single-phase and two-phase heat transfer in micro-channels. International Journal of Heat and Mass Transfer, 50: 452–463.
8. Lee PS, Garimella SV, Liu D, 2005. Investigation of heat transfer in rectangular microchannels. International Journal of Heat and Mass Transfer, 48: 1688–1704.

9. Manay E, 2012. Mikrokanallarda nanoakışkanların kullanımı. Mühendis ve Makine, 53 (627): 38-42.
10. Manay E, 2014. Mikrokanallarda nanoakışkanların ısı transferi ve basınç düşümü karakteristiklerinin araştırılması. Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 142s.
11. Manay E, Sahin B, Gelis K, Yilmaz M, 2012. Thermal Performance Analysis of Nanofluids in Microchannel Heat Sinks. WASET, 67: 100-105.
12. Manay E, Sahin B, 2016. The effect of microchannel height on performance of nanofluids. International Journal of Heat and Mass Transfer, 95: 307-320.
13. Manay E, Sahin B, 2017. Heat Transfer and Pressure Drop of Nanofluids in a Microchannel Heat Sink. Heat Transfer Engineering, 38(5): 510-522.
14. Mohammed HA, Bhaskaran G, Shuaib NH, Abu-Mulaweh HI, 2011. Influence of nanofluids on parallel flow square microchannel heat exchanger performance. International Communications in Heat and Mass Transfer, 38(1): 1-9.
15. Owhaib W, Palm B, 2004. Experimental investigation of single-phase convective heat transfer in circular microchannels. Experimental thermal and fluid science, 28: 105-110.
16. Özer A, 2018. Çoklu mikrokanallarda nanoakışkanların karma taşınım ısıl performanslarının incelenmesi. Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 141s.
17. Şahin B, Comaklı K, Comaklı O, Yılmaz M, 2006. Nanoakışkanlarla ısı transferinin iyileştirilmesi. Mühendis ve Makina, 47(559): 29-34.
18. Şahin B, Gedik GG, Manay E, Karagoz S, 2013. Experimental investigation of heat transfer and pressure drop characteristics of Al2O3-water nanofluid. Experimental Thermal and Fluid Science, 50: 21-28.