Investigation of the Effect of Using CuO + Fe / Pure Water and CuO / Pure Water Nano Fluids on Thermal Performance in Heat Pipe Air-to-Air Heat Exchanger

Öz

In this experimental study, heat transfer experiments were carried out by using pure water and two nanofluids (CuO/Water ve CuO+Fe/Water) whose base fluids are pure water in the heat pipe air-to-air heat exchanger. Nano fluids have a concentration of 2% by weight. The experimental setup consists of two overlapping air ducts. In the middle of the two ducts, there are 5 bundles of copper heat pipes perpendicular to the ducts.. The air passing through the lower duct is heated with 4 units of 1000 Watt heaters. The air in the upper duct cools the heat pipes and condenses the fluid in the heat pipe.. The experiments were carried out at 2 cold air flow rate, 3 hot air flow rate and 2 heating power. In all experiments, it has been observed that nanofluids provide better thermal efficiencies than pure water. Better thermal efficiency values were achieved than the other two fluids in CuO + Fe / Pure water nano fluid experiments. In CuO / Pure water nano fluid experiments, the highest efficiency increase was 68% compared to pure water. In CuO + Fe / Pure water nano fluid experiments the highest efficiency increase was 87% compared to pure water. These recovery rates were realized when the air flows in cold and hot channels were 0.75 m / s and 0.7 m / s, respectively. In addition, the use of CuO / Pure water and CuO + Fe / Pure water nano fluids instead of pure water has reduced the thermal resistance of heat pipes. It has been observed that the highest reduction rate in thermal resistance is 72% for CuO / water and 77% for CuO + Fe / Water.

Anahtar Kelimeler

• CuO,Fe,hybrid nano fluid,heat pipe,thermal performance

Isı Borulu Havadan Havaya Isı Değiştiricisinde CuO+Fe/Saf Su ve CuO/Saf Su Nano Akışkanlarının Kullanımının Isıl Performansa Etkisinin İncelenmesi

Öz

Bu deneysel çalışmada ısı borulu havadan havaya ısı değiştiricisinde saf su ve baz sıvısı saf su olan iki nano akışkanlar (CuO/ Su ve CuO+Fe/Su) kullanılarak kullanarak ısı transferi deneyleri yapılmıştır. Nano akışkanlar kütlece %2 konsantrasyona sahiptir. Deney düzeneği üst üste yerleştirilmiş iki hava kanalından oluşmaktadır. İki kanalın ortasında kanallara dik konumda 5 adet bakır ısı borusu demeti yer almaktadır. Alt kanaldan geçen hava 4 adet 1000’er Watt’lık lık ısıtıcılarla ısıtılmaktadır. Üst kanaldaki hava ısı borularını soğutarak ısı borusu içindeki akışkanı yoğuşturmaktadır. Deneyler 2 soğuk hava, 3 sıcak hava debisi ve 2 ısıtma gücünde yapılmıştır. Yapılan bütün deneylerde nano akışkanların saf suya göre daha iyi ısıl verimler sağladığı gözlemlenmiştir. CuO+Fe/Saf Su nano akışkanı ile diğer iki akışkana göre daha iyi ısıl verim değerlerine ulaşılmıştır. CuO/Saf Su akışkanı ile yapılan deneylerde en yüksek verim artışı saf suya göre %68 olurken, aynı deney koşularında CuO+Fe/Saf Su nano akışkanı ile bu değer %87 olarak elde edilmiştir. Bu iyileşme oranları soğuk ve sıcak kanallardaki hava debileri sırasıyla 0.75 m/s ve 0.7 m/s iken gerçekleşmiştir. Ayrıca su yerine CuO/Saf Su ve CuO+Fe/Saf Su nano akışkanları kullanımı ısı borularının ısıl dirençlerini de azaltmıştır. Isıl dirençteki en yüksek azalma oranının CuO/su için % 72, CuO+Fe/Su için de % 77 olduğu gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• CuO,Fe,Hibrit nano akışkan,Isı borusu,ısıl performans

Kaynakça

1. Mert P. ve Riffat S., “A comprehensive review of heat recovery systems for building applications,” Renew. Sustain. Energy Rev., 47: 665–682, (2015).
2. Zeng C., Liu S., ve Shukla A., “A review on the air-to-air heat and mass exchanger technologies for building applications,” Renew. Sustain. Energy Rev.,75: 753–774, (2017).
3. Ramezanizadeh M. ve Alhuyi M., “Application of nano fluids in thermosyphons : A review,” J. of Molecular Liq., 272: 395–402, (2018).
4. Bianco V., Manca O., Nardini S., ve Vafai K., “Heat Transfer Enhancement with Nanofluids Enhancement”, CRC Press, New York, (2015).
5. Menlik T., Sözen A., Gürü M., ve Oztas S., “Heat transfer enhancement using MgO / water nano fluid in heat pipe,” J. Energy Inst., 88: 247–257, (2015).
6. Sözen A., Menlik T., Gütü M., Boran K., Kılıç F., Aktaş M., ve Çakır M. T., “A comparative investigation on the effect of fly-ash and alumina nanofluids on the thermal performance of two-phase closed thermo-syphon heat pipes,” Appl. Therm. Eng., 96: 330–337, (2016).
7. Aramesh M., Pourfayaz F., Haghir M., Kasaeian A., ve M. Ahmadi, “Investigating the Effect of Using Nanofluids on the Performance of a Double-Effect Absorption Refrigeration Cycle Combined with a Solar Collector,” Proc. Inst. Mech. Eng. Part A J. Power Energy, 1–32, (2019).
8. Sheikholeslami M. ve Ganji D. D., “Nanofluid flow and heat transfer between parallel plates considering Brownian motion using DTM,” Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 283: 651–663, (2015).

9. Huminic G. and Huminic A., “Hybrid nanofluids for heat transfer applications – A state-of-the-art review,” Int. J. Heat Mass Transf.,125: 82–103, (2018).
10. Babar H. and Ali H. M., “Towards hybrid nanofluids: Preparation, thermophysical properties, applications, and challenges,” J. Mol. Liq., 281: 598–633, (2019).
11. Çiftçi E., Sözen A., ve Karaman E., “TiO2 içeren nanoakışkan kullanımının isı borusu performansına etkisinin deneysel olarak incelenmesi” Politeknik Dergisi,19(3): 367–376, (2016).
12. Sözen A., Gürü M., Khanlari A., and Çiftçi E., “Experimental and numerical study on enhancement of heat transfer characteristics of a heat pipe utilizing aqueous clinoptilolite nanofluid,” Appl. Therm. Eng.,160: 114001, (2019).