HEAT TRANSFER AND HYBRID NANOFLUIDS FLOW THROUGH THE CHANNEL WITH NOVEL HYBRID RIBS

Abstract

ABSTRACT

This thesis can be seen as a numerical study of the two-dimensional hybrid (0.5% Al2o3, 0.5% TiO2) nanofluid flow and heat transfer within a ribbed pipe of different rib configurations, including rectangular, triangular, semi-circular, and hybrid rib arrangements. The diameter of the pipe is 15 mm, and the length is 1000 mm. Four Reynold number values, Re = 10000, 20000, 30000, and 40000, are determined in the study, and a constant heat flux at 5000 W/m2. Six cases are applied on the pipe walls. Six different designs with different ribs heights (h = 0.075 and 1.5 mm) and different pitch distances (p = 15, 30, and 60 mm) are included in the simulation to investigate the effect of rib parameters on the thermal and flow fields. The study is carried out by applying the turbulent kinetic energy – -dissipation (k – ε) model using ANSYS FLUENT software.

The results show that increasing the Reynolds number causes a considerable increase in both heat transfer coefficient and pressure drops for all rib arrangements. Also, decreasing the pitch distance and/or increasing the height ratio increases the heat transfer rates and pressure losses. The study concludes that the rectangle ribs arrangement provides the best characteristics in terms of heat transfer coefficient values and overall thermal performance factor. The semi-circular ribs also presented high values of thermal performance factor due to the lowest pressure drops reported in this type of ribs. On the other hand, the triangle ribs have examined the largest pressure drops and consequently have the lowest thermal performance. The hybrid ribs arrangement results are consistent with the single ribs data.

ÖZET

Bu çalışmada, dikdörtgen, üçgen, yarı dairesel ve hibrit kanatçık düzenlemeleri dahil olmak üzere farklı kanatçık konfigürasyonlarına sahip kanatçıklı bir boru içindeki iki boyutlu hibrit (%0,5 Al2O3, %0,5 TiO2) nanoakışkan akışı ve ısı transferi sayısal olarak incelenmiştir. İncelenen borunun çapı 15 mm ve uzunluğu 1000 mm'dir. Çalışmada Re = 10,000, 20,000, 30,000 ve 40,000 olmak üzere dört farklı Reynold sayısı değeri ve 5000 W/m2'de sabit bir ısı akısı belirlenmiştir. Boru duvarlarına altı farklı durum uygulanmıştır. Farklı kanatçık yüksekliklerine (h = 0,075 ve 1,5 mm) ve farklı kanatçıklar arası mesafeye (p = 15, 30 ve 60 mm) sahip altı farklı tasarım, kanatçık parametrelerinin ısıl ve akış alanları üzerindeki etkisini araştırmak için simülasyona dahil edilmiştir. Çalışma, ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak türbülanslı kinetik enerji - dağılım (k - ε) modeli uygulanarak gerçekleştirilmiştir.

Sonuçlar, Reynolds sayısının artırılmasının tüm kanatçık durumları için hem ısı transfer katsayısında hem de basınç düşüşlerinde önemli bir artışa neden olduğunu göstermektedir. Ayrıca, kanatçıklar arası mesafesinin azaltılması ve/veya yükseklik oranının artırılması ısı transfer oranlarını ve basınç kayıplarını artırmaktadır. Çalışmada, ısı transfer katsayısı değerleri ve genel ısıl performans faktörü açısından dikdörtgen kanatçık düzenlemesinin en iyi özellikleri sağladığı sonucuna varılmıştır. Yarı dairesel kanatçıklar da bu tip kanatçıklarda rapor edilen en düşük basınç düşüşleri nedeniyle yüksek termal performans faktörü değerleri sunmuştur. Öte yandan, üçgen kanatçıklar en büyük basınç düşüşlerini incelemiş ve sonuç olarak en düşük termal performansa sahip olmuştur. Hibrit kanatçık düzenlemesi sonuçları tek kanatçık verileriyle tutarlıdır.