Boru yüzeyindeki kapsül tipi kabartmanın ve AL2O3-su nano akışkanın ısı transferine etkisinin sayısal analizi

Bu çalışmada, duvar yüzeyinden üniform ısı akısı uygulanan boru içi akışlarda boru yüzeyine yapılan geometrik modifikasyonların ısı transferi iyileştirmeye etkileri sayısal olarak incelenmiştir. Geometrik modifikasyon olarak kapsül tipi kabartmalar kullanılmış, akışkan olarak ise su ve Al2O3-su nano-akışkan kullanılmıştır. Isı transferi iyileştirmesi için hem geometrik modifikasyon yapılmış olması hem de bununla birlikte farklı nano partikül yüzdelerinde nano-akışkan kullanılmış olması çalışmayı benzerlerinden farklılaştırmaktadır. Kapsül tipi kabartmalar borunun iç yüzeyine farklı derinliklerde (1 mm, 1.5 mm, 2 mm ve 2.5 mm) uygulanmıştır. Al2O3-su nano-akışkan hacimsel konsantrasyon oranları %1, %2 ve %3 olarak ele alınmıştır. Akış tek fazlı akış olarak modellenmiş ve uygulanmıştır. Kabartmaların derinliğinin ve nono-akışkanın farklı konsantrasyonlarda uygulamalarının Nusselt sayısı, sürtünme katsayısı ve performans değerlendirme kriteri (PEC) üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. Sayısal analizler ANSYS 20R1 Fluent kullanılarak 2000-14000 Reynolds sayısı aralığında reliazable k- türbülans modeli ile yapılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde, tüm akışkanlar için, laminer akış, geçiş akışı ve tamamen gelişmiş türbülanslı akış durumunda kabartma derinliği arttıkça Nusselt Sayısı ve aynı zamanda da sürtünme katsayısının arttığı görülmüştür. Düz boruda su akışı ile kıyasladığında, akışkan su olduğunda kabartmalı boruda ısı transferi %41.3, kabartma artı %3 konsantrasyonlu nano-akışkan kullanılan boruda ise ısı transferi %46.3 iyileştirilmiştir. Performans değerlendirme kriterinin değişimi akış rejimine ve kabartma derinliğine oldukça bağlıdır. Genel olarak, laminer akışta nano-akışkan konsantrasyonu ve kabartma derinliği arttıkça performans değerlendirme kriterinin önemli ölçüde arttığı görülmüştür. Çalışılmış tüm simülasyon sonuçları incelendiğinde; laminer akışta en yüksek PEC 5.5 olarak %3 nano-akışkan konsantrasyonu ve 2.5 mm kabartma kalınlığında gözlemlenmiştir. Geçiş akışında en yüksek PEC 1.2 olarak %3 nano-akışkan konsantrasyonu ve 2 mm kabartma kalınlığında, türbülanslı akışta ise en yüksek PEC 1.057 olarak %1 nano-akışkan konsantrasyonu ve 1 mm kabartma kalınlığında gözlemlenmiştir.