Investigation of the Effect of CuO/Water and ZnO/Water Nanofluids on Heat Pipe Performance

Öz

The purpose of the study is to develop nanofluid-pure water mixture, which contains CuO and ZnO nanoparticles and has the ability to store and carry a much higher rate of heat than pure water, instead of pure water used as working fluid in heat pipes. In addition, by using these nanofluids, the surface tension of the working fluid is reduced, reducing the thermal resistance of the heat pipe, increasing the heat conduction amount even at very low temperature differences between the evaporator and condenser regions, and thus increasing the heat pipe performance. The heat pipe used in the study is a 1 m long copper pipe with an internal and external diameter of 13 mm and 15 mm, respectively, positioned at an angle of 90°. The 400 mm part of the heat pipe constitutes the condensation zone, the 400 mm part constitutes the evaporation region and the remaining 200 mm part is the adiabatic region. In the experimental study carried out, it was filled with 65 ml of work fluid, corresponding to 1/3 of the evaporator volume of the heat pipe. Experiments were carried out separately for water and nanofluids, and the results obtained were compared. The Reynolds number value was 8800 and the hot air speed was 0,555m / s, while the highest recovery rate for both CuO/water and ZnO/water nanofluids was 71.8% and 52.9%, respectively. While the cold air velocity is 0,751 m / s, the improvement rates in this value are 73.7% for CuO / water nanofluid and 50.9% for ZnO / water nanofluid.

Anahtar Kelimeler

• Heat pipe
• nanofluid
• thermal performance

CuO/su ve ZnO/su Nanoakışkanların Isı Borusu Performansına Etkisinin İncelenmesi

Öz

Çalışmanın amaçları; ısı borularında çalışma sıvısı olarak kullanılan saf su yerine, CuO ve ZnO nano parçacık içeren çok daha yüksek oranda ısı depolayabilme ve taşıyabilme özelliklerine sahip nano parçacık-saf su karışımı nanoakışkanların geliştirilmesi ve bu nanoakışkanların kullanımı ile çalışma sıvısının yüzey gerilimi azaltılarak ısı borusunun ısıl direncini düşürmek, evaporatör ve kondenser bölgeleri arasındaki oldukça düşük sıcaklık farklarında bile ısı iletim miktarını arttırmak ve dolayısıyla ısı borusu performansını arttırmaktır. Çalışmada kullanılan ısı borusu 90°’lik açıyla konumlandırılmış, 1 m uzunluğunda, iç ve dış çapı sırasıyla 13 mm ve 15 mm olan bakır bir borudur. Isı borusunun 400 mm’lik kısmı yoğuşma bölgesini, 400 mm’lik kısmı buharlaşma bölgesini, geriye kalan 200 mm’lik kısmı ise adyabatik bölgeyi oluşturmaktadır. Yapılan deneysel çalışmada ısı borusunun evaporatör hacminin 1/3’lük kısmına denk gelecek şekilde 65 ml kadar iş akışkanı ile doldurulmuştur. Deneyler su ve nanoakışkanlar için ayrı ayrı yapılarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Reynolds sayısı değeri 8800 ve sıcak hava hızı 0,555 m/s iken her iki CuO/su ve ZnO/su nanoakışkanları için ısıl dirençte en yüksek iyileşme oranı sırasıyla %71.8 ve % 52.9 olarak elde edilmiştir. Soğuk hava hızı 0,751 m/s iken bu değerdeki iyileştirme oranlarının CuO/su nanoakışkanı için %73.7 olduğu ve ZnO/su nanoakışkanı için %50.9 olduğu görülmüştür.  

Anahtar Kelimeler

• Isı Borusu
• nanoakışkan
• ısıl performans

Kaynakça

1. A. Özsoy, ve M. Acar, “Yerçekimi destekli bakır-su ısı borusu için deneysel bir çalışma,”Tesisat Mühendisliği Dergisi, Vol. 90, pp.13-18, 2005.
2. Sözen A., Variyenli H. İ., Özdemir M. B., Gürü M. ve Aytaç İ., “Heat transfer enhancement using alümina and fly ash nanofluids in parallel and cross-flow concentric tube heat exchangers”, Journal of the Energy Institude, 89: 414-424, (2016).
3. Genceli, O.F., “Isı Borusu”, İ.T.Ü. Makine Fakültesi Isı Tekniği ve Ekonomisi Araştırma Enstitüsü Bülteni, 1-29, 1976.
4. Chien, H.T., Tsai, C.Y., Chen, P.H., Chen, P.Y., “Improvement on thermal performance of a diskshaped miniature heat pipe with nanofluid”, Proceedings of the Fifth International Conference on Electronic Packaging Technology, IEEE,389-391, 2003.
5. Xue, H., Fan, J., Hu, Y., Hong, R., Cen, K., “The interface effect of carbon nanotube suspension on the thermal performance of a two-phase closed thermosyphon”, J. Appl. Phys, Cilt 100, 2006.
6. Naphon, P., Thongkum, D. and Assadamongkol, P. (2009). Heat pipe efficiency enhancement with refrigerant–nanoparticles mixtures. Energy Conversion and Management, 50(3), 772-776.
7. Gürü M., Sözen A., Karakaya U. and Çiftçi E. (2019). Influences of bentonite-deionized water nanofluid utilization at different concentrations on heat pipe performance: An experimental study. Applied Thermal Engineering, 148, 632-640.
8. Teng, T. P., Hsu, H. G., Mo, H. E. and Chen, C. C. (2010). Thermal efficiency of heat pipe with alumina nanofluid. Journal of Alloys and Compounds, 504(1), 380-384.

9. Reay, D. and Kew, P. (2007). Heat pipes (Fifth edition). England: Butterworth-Heinemann, Elsevier, 1-30.
10. Aytaç, İ., Sözen, A.(2020,baskıda). Isı borulu-ısı geri kazanım ünitesinde ZnO/su ve ZnOAl2O3/su nanoakışkanları kullanılarak performansın iyileştirilmesi.Politeknik Dergisi.