NUMERICAL INVESTIGATION OF THE IMPACT OF APPLIED MAGNETIC FIELDS WITH VARIED INTENSITIES AT DIFFERENT LOCATIONS ON FERRONANOFLUID FLOW IN A SMOOTH PIPE

Abstract

ABSTRACT

This master thesis presents a numerical investigation for determination of the effect of location and intensity of applied magnetic field on the ferronanofluid flow in a smooth pipe. The study focuses on laminar flow condition with Reynolds numbers ranging from 1000≤Re≤2000. Hydrodynamically and thermally developing flow condition has been considered for this study. The ferronanofluid flowing into a smooth pipe with a length of L=1500 mm and diameter of D=16 mm has been considered. The selected nanofluid is a distilled water-based ferronanofluid consisting of Fe3O4, chosen for its attraction to magnetic fields. The nanoparticle volume fractions of the ferronanofluid have been considered as (φ = 0.5, 1, and 2 vol. %). The analyses have encompassed three different magnetic field intensities as 0.01, 0.05, and 0.1 T. To identify the optimal scenario, the magnetic field location has been varied within three distinct sections of the pipe, each measuring 100 mm and located at distances from the inlet as follows: 300 - 400 mm, 750 - 850 mm, and 1200 - 1300 mm. Initially, the behavior of the ferronanofluid was examined without the presence of a magnetic field, considering different nanoparticle volume fraction values. Subsequently, the study investigated the flow of ferronanofluid under the influence of a magnetic field with three different intensity magnitudes and three different locations. The optimal case has been identified as the case of ferronanofluid flow with nanoparticle volume fraction of 2 % under a magnetic field with a strength of 0.01 T, with the magnetic field positioned at the third location distancing 1200 mm – 1300 mm. This configuration yields the highest value for the performance evaluation criteria.

ÖZET

Bu yüksek lisans tezi, düz bir borudaki ferronanoakışkan akışı üzerine uygulanan manyetik alanın konumu ve yoğunluğunun etkisinin belirlenmesi için sayısal bir araştırma sunmaktadır. Çalışma, 1000≤Re≤2000 arasında değişen Reynolds sayıları ile laminer akış durumuna odaklanmaktadır. Bu çalışma için hidrodinamik ve termal olarak gelişen akış durumu dikkate alınmıştır. Uzunluğu L=1500 mm ve çapı D=16 mm olan düz bir boruda akan ferronanoakışkan ele alınmıştır. Seçilen nanoakışkan, manyetik alanlara olan etkileşimi nedeniyle seçilen, Fe3O4'den oluşan, damıtılmış su bazlı bir ferronanoakışkandır. Ferronanoakışkanın nanoparçacık hacim oranları (φ = 0,5, 1,0 ve 2,0 %hacimce) olarak kabul edilmiştir. Analizler, 0,01, 0,05 ve 0,1 T olmak üzere üç farklı manyetik alan yoğunluğunu kapsamaktadır. Optimum senaryoyu belirlemek için manyetik alan konumu, borunun her biri 100 mm ölçülerinde ve girişten uzaklıklarda bulunan üç ayrı bölümünde değiştirilmiştir (300 - 400 mm, 750 - 850 mm ve 1200 - 1300 mm). Başlangıçta, farklı nanoparçacık hacim oranı değerleri dikkate alınarak, manyetik alan olmadan ferronanoakışkanın davranışı incelenmiştir. Ardından, çalışma, üç farklı yoğunluk değeri ve üç farklı konumdaki manyetik alanın etkisi altındaki ferronanoakışkan akışı incelenmiştir. Optimal durum, manyetik alan 1200 mm – 1300 mm mesafedeki üçüncü konumda konumlandırılmış, 0,01 T'lık bir manyetik alan yoğunluğu altında %2'lik nanoparçacık hacim oranına sahip ferronanoakışkan akışı durumu olarak tanımlanmıştır. Bu durum, performans değerlendirme kriterleri için en yüksek değeri vermektedir.