FARKLI EN/BOY ORANLARINA SAHİP DÖRTGEN KANALLARDA NANOAKIŞKAN AKIŞININ VE ISI TRANSFERİNİN DENEYSEL VE SAYISAL OLARAK INCELENMESI

Abstract

ÖZET

Bu çalışmada, dörtgen kesitli kanaldaki hidrodinamik ve ısıl olarak gelişmekte olan SiO2/su nanoakışkan akışının akış ve ısı transferi karakteristikleri laminer akış şartları altında (400<Re<2000) deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmaların yapılabilmesi için bir deney düzeneği tasarlanmış ve imal edilmiştir. Üç farklı en boy oranı (α=0.33; 0.66 ve 1.0) tasarlanmış ve her kanal için deney düzeneğinde 1500 mm uzunluk kullanılmıştır. Kanal yüzeyine 500 W/m2 sabit ısı akısı uygulanmıştır. Deneysel çalışmalardan elde edilen verilerin doğruluğunu kanıtlamak amacı ile aynı çalışmalar Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) programı olan ANSYS Fluent 19.0 kullanarak aynı sınır şartları altında analiz edilmiştir. Deneysel ve sayısal çalışmalar sonucunda Reynold sayısının (Re), en boy oranının ve nanoakışkan kullanımının Nusselt sayısı (Nu) sayısı ve Darcy sürtünme faktörü (f) üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Deneysel ve sayısal çalışmalardan elde edilen sonuçlara göre saf su yerine nanoakışkan kullanımı ısı transferinde yaklaşık %5 kadar bir artış sağlamıştır. Ek olarak, en/boy oranı ve Reynolds sayısının bir fonksiyonu olarak genel bir Nusselt sayısı korelasyonu geliştirilmiştir.

ABSTRACT

In this study, flow, and heat transfer characteristics of hydrodynamic and thermally developing SiO2/water nanofluid flow in a quadrangular cross-section channel have been studied experimentally and numerically under laminar flow conditions (400<Re<2000). An experimental assembly has been designed and manufactured to carry out experimental studies. The three different aspect ratios (α=0.33; 0.66 and 1.0) have been designed and the length of 1500 mm has been used in the experimental rig for each channel. A constant heat flux of 500 W/m² has been conducted to the channel surface. In order to demonstrate the accuracy of the data obtained from the experimental studies, the same studies have been analysed under same boundary conditions by using ANSYS Fluent 19.0, which is Computational Fluid Dynamics (CFD) program. As result of experimental and numerical studies, the effects of Reynolds (Re) number, aspect ratio and nanofluid on the Nusselt number (Nu) and Darcy friction factor (f) have been determined. According to the results obtained from experimental and numerical studies, the usage of nanofluid instead of pure water has been resulted an increase in heat transfer rate by 5%. In addition, a general Nusselt number correlation as the function of aspect ratio and Reynolds number has been developed.