Mini/mikro kanallarda nanoakışkan ile ısı transferinin deneysel incelenmesi

Bu çalışmada, sabit yüzey sıcaklığı sınır şartı altında daire kesitli, yatay mikrokanallarda Al2O3, TiO2 ve ZnO nanoakışkanlarının ısıl performansları ve basınç düşüşleri deneysel olarak incelenmiştir. %0.5, %0.7 ve %1.0 hacimsel derişime sahip nanoakışkanlar hazırlamak için, taşıyıcı sıvı olarak kullanılan saf suya Al2O3 (13nm), TiO2 (10-25nm) ve ZnO (18nm) nanoparçacıkları ilave edilmiştir. Hazırlanan nanoakışkanlar kararlılık süresini arttırmak amacı ile yüzey aktif maddesi olan Sodyum Dodesil Sülfat (SDS) içerisinde karıştırılmıştır. Deneysel çalışmalar için bir deney seti kurulmuştur. Bu amaçla, farklı malzemelerden (paslanmaz çelik, Poly Ether Ether Ketone (PEEK)) imal edilmiş farklı iç çap ölçülerine (400, 750, 1000 μm ) sahip farklı yüzey sıcaklıklarında (15, 25, 40°C) 20 cm uzunluğundaki mikro kanallar kullanılmıştır. Ayrıca, farklı giriş sıcaklığı, hacimsel debi (20, 35, 50 mL/dk) ve derişim oranlarına sahip nanoakışkanlar çalışma sıvısı olarak kullanılmıştır. Sıcaklık, debi ve basınç ölçümleri ile ısı transferi, ısı taşınım katsayısı, Nusselt sayısı, basınç düşüşü ve sürtünme faktörü değerleri hesaplanmıştır. Hesaplamalar için gerekli olan ısıl iletkenlik ve viskozite değerleri ayrı ayrı ölçülmüştür. Taguchi yöntemi kullanılarak hesaplanmış değerlerin yardımı ile optimum koşullar belirlenmiştir. Bu optimum koşullarda, deneyler saf su ve nanoakışkanlarla tekrarlanmıştır. Aynı optimum koşullar altında saf su ve nanoakışkanda elde edilen ısıl performans ve basınç düşüşü karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada, ısıl performans ve basınç düşüşüne etki eden parametreler belirlenmiştir. Ayrıca tespit edilen bu parametrelerin sonuçları ne kadar etkilediği yüzdelik dilim olarak açıklanmıştır. Nanoakışkanların kullanıldığı ısı transferi uygulamalarında yüksek ısıl performans ve düşük basınç düşüşü için hangi parametrelere odaklanılması gerektiği vurgulanmıştır. Sonuç olarak kararalılığı sağlanmış nanoakışkanlar arasında Al2O3 nanoakışkanı için en uygun değerler tespit edilmiştir. Al2O3 nanoakışkanı saf su ile karşılaştırıldığında, ısı transferi, ısı taşınım katsayısı ve Nusselt sayısı değerlerinde sırasıyla ve %15.3, %21.7, %11.1 artış ve basınç düşüşünde %39.2 azalma belirlenmiştir.