Grafen ve Demir Oksit Hibrit Nanoakışkanlarının Isıl ve Hidrolik Performanslarının Sayısal Olarak İncelenmesi

Yıl 2021, Cilt: 37 Sayı: 2, 283 - 295, 28.08.2021

Orhan Keklikcioğlu , Veysel Ozceyhan

Öz

Bu çalışmada dairesel kesite sahip düz bir ısı değiştirici borusu içerisinde %0.5-1 aralığında altı farklı hacimsel karışım oranına sahip Grafen-Demir Oksit-Su hibrit nanoakışkanının türbülanslı akım koşullarında termohidrolik performansı sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal çalışma tek fazlı akış için, sabit yüzey ısı akısı uygulanarak 10000-50000 Reynolds sayısı aralığında gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlarda Grafen-Demir Oksit-Su hibrit nanoakışkan kullanımının ısı transferinde etkili bir artış sağladığı, bunun yanında, sürtünme katsayısında ise radikal bir değişikliğe sebep olmadığı tespit edilmiştir. Nanoakışkan hacimsel karışım oranının artmasıyla birlikte termohidrolik performans katsayısında ciddi bir artış elde edilirken, artan Reynolds sayısı ile birlikte termohidrolik performans katsayısının düşüş gösteren bir eğilim gösterdiği elde edilmiştir. Grafen-Demir Oksit-Su hibrit nanoakışkanı kullanımıyla yalnızca taban akışkan olan su kullanımına oranla Nusselt sayısında elde edilen en yüksek artış %24 olarak gerçekleşirken, sürtünme katsayısındaki artış en yüksek % 9 olarak elde edilmiştir. Elde edilen en yüksek termohidrolik performans katsayısı, %1 Grafen-Demir Oksit-Su hibrit nanoakışkan kullanımında 10000 Reynolds sayısı için 1.20 olarak gerçekleşmiştir.

Anahtar Kelimeler

Isı transferi iyileştirme, nanoakışkanlar, basınç düşümü, termohidrolik performans

Teşekkür

Tüm yazarlar Erciyes Üniversitesi’ne bu çalışmanın yürütülmesinde kullanılan gerekli altyapıyı sağlaması nedeniyle teşekkür eder.

Kaynakça

• [Ozerinç, S., Kakaç, S., Yazıcıoğlu, A.G., 2010. Enhanced Thermal Conductivity of Nano- Fluids: A State-of-the-Art Review. Microfluid Nanofluid, 8(2), 145-170.
• Mehrali, M., Sadeghinezhad, E., Latibari, S., Kazi, S., Mehrali, M., Zubir, MNBM., Metselaar, HSC., 2014. Investigation of Thermal Conductivity and Rheological Properties of Nanofluids Containing Graphene Nanoplatelets. Nanoscale Research Letters, 9(1), 15.
• Askari, S., Koolivand, H., Pourkhalil, M., Lotfi, R., Rashidi, A.,2017. Investigation of Fe3O4/Graphene nanohybrid heat transfer properties: Experimental approach. International Communications in Heat and Mass Transfer, 87, 30-39.
• Yarmand, H., Zulkifli, N., Gharehkhani, S., Shirazi, S., Alrashed, A., Azlin Bin Ali, M., Dahari, M., Kazi, S.N.,2017. Convective heat transfer enhancement with graphene nanoplatelet/platinum hybrid nanofluid. International Communications in Heat and Mass Transfer, 88, 120-125.
• Bahiraei, M., Mazaheri, N., Hassanzamani, S.M., 2019. Efficacy of a new graphene–platinum nanofluid in tubes fitted with single and twin twisted tapes regarding counter and co-swirling flows for efficient use of energy. International Journal of Mechanical Sciences, 150, 290–303.
• Bahiraei, M., Mazaheri, N., Aliee, F., 2019. Second law analysis of a hybrid nanofluid in tubes equipped with double twisted tape inserts. Powder Technology, 345, 692–703.
• Bahiraei, M., Mazaheri, N., Rizehvandi, A., 2019. Application of a hybrid nanofluid containing graphene nanoplatelet–platinum composite powder in a triple-tube heat exchanger equipped with inserted ribs. Applied Thermal Engineering, 149, 588-601.
• Zongyuan, W., Chang-Jun, L., 2014. Preparation and application of iron oxide/graphene based composites for electrochemical energy storage and energy conversion devices: Current status and perspective. Nano Energy 11, 277–293.
• W. Lu, X. Guo, B. Yang, S. Wang, Y. Liu, H. Yao, C.-S. Liu, H. Pang. 2019. Synthesis and Applications of Graphene/Iron(III) Oxide Composites. ChemElectroChem, 6, 4922-4948.
• Wciślik, S. 2020. Efficient Stabilization of Mono and Hybrid Nanofluids. Energies, 13, 3793.
• Potenza, M., Cataldo, A., Bovesecchi, G., Corasaniti, S., Coppa, P., Bellucci, S., 2017. Graphene nanoplatelets: Thermal diffusivity and thermal conductivity by the flash method. AIP Advances, 7, 1-15.
• Manikandan, S. P., Baskar, R., 2018. Assessment of the Influence of Graphene Nanoparticles on Thermal Conductivity of Graphene/Water Nanofluids Using Factorial Design of Experiments. Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 62(3), 317-322.
• Yongsheng, F., Haiqun, C., Xiaoqiang, S., Xin, W., 2012. Combination of cobalt ferrite and graphene: High-performance and recyclable visible-light photocatalysis. Applied Catalysis B: Environmental,111, 280–287.
• Adrian M.T. S. ve Sonia A.C. 2016. Advances in Carbon Nanostructures. ss 3-37. Oxana Vasilievna, K., Beatriz Ortega, G., Boris Ildusovich, K., Ubaldo Ortiz, M., ed. 2016. Magnetic-Graphene-Based Nanocomposites and Respective Applications, InTech Open, Londra.
• Guangshuo, W., Yingying, M., Zhiyong, W., Min, Q., 2016. Development of multifunctional cobalt ferrite/graphene oxide nanocomposites for magnetic resonance imaging and controlled drug delivery. Chemical Engineering Journal, 289, 150–160.
• Peng, E., Choo, ES., Chandrasekharan, P., vd. 2012. Synthesis of manganese ferrite/graphene oxide nanocomposites for biomedical applications, Small, 8(23), 3620-3630.
• Bhattacharyya, R., Prakash, O., Roy, S. vd. 2019. Graphene oxide-ferrite hybrid framework as enhanced broadband absorption in gigahertz frequencies, Sci Rep 9, 12111.
• Fluent, 2016. ANSYS Fluent V.17.0 User Guide, Fluent Corporation, Lebanon, New Hampshire.
• Salim, S.M., Cheah, S.C. 2009. Wall y+ Strategy for Dealing with Wall-bounded Turbulent Flows. International MultiConference of Engineers and Computer Scientists, 18-20 Mart, Hong Kong, 2165-2170.
• Munish, G., Vinay, S., Rajesh, K., Zafar, S., 2017. A review on thermophysical properties of nanofluids and heat transfer applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 74, 638-670.
• Keklikcioglu Cakmak, N., Zafar, S., L. Syam, S., Ziad, M. A., Arun K. T. 2020. Preparation, characterization, stability, and thermal conductivity of rGO-Fe3O4-TiO2 hybrid nanofluid: An experimental study. Powder Technology, 372, 235-245.
• Keklikcioglu Cakmak, N. 2020. The impact of surfactants on the stability and thermal conductivity of graphene oxide de-ionized water nanofluids. Journal of Thermal Analysis Calorimetry, 139, 1895–1902.
• Keklikcioglu, O.,Dagdevir, T., Ozceyhan, V., 2019. Heat transfer and pressure drop investigation of graphene nanoplatelet-water and titanium dioxide-water nanofluids in a horizontal tube. Applied Thermal Engineering, 162, 114256.
• Pak, B. C., Cho, Y. I., 2007. Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles. Experimental Heat Transfer, 11, 151-170.
• Buongiorno, J., 2006. Convective transport in nanofluids. Journal of Heat Transfer,128, 240-250.
• Anjali Devi, SP., Suriya U.D.S. (2016). Numerical investigation of hydromagnetic hybrid Cu–Al2O3/water nanofluid flow over a permeable stretching sheet with suction. International Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation, 17, 249–257.
• Keklikcioglu, O., 2020. İçerisinde Grafen katkılı nanoakışkan ve konik iç eleman kullanılan boruda termohidrolik performans ve entropi üretiminin incelenmesi. Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 191s, Kayseri.
• Krishna Varma, K.P.V., Kishore, P.S., Durga Prasad, P.V., 2017. Enhancement of Heat Transfer Using Fe3O4 / Water Nanofluid with Varying Cut-Radius Twisted Tape Inserts. International Journal of Applied Engineering Research, 12, 7088-7095.
• Webb, R.L., 1981. Performance evaluation criteria for use of enhanced heat transfer surfaces in heat exchanger design. International Journal of Heat and Mass Transfer, 24, 715-726.