Çift borulu ısı değiştiricilerinde nano akışkan akışının ısı transferine etkisinin incelenmesi

Bu çalışmada, iç borunun dış yüzeyinde kanatçıklar bulunan ve "Alümina nanoakışkan" ilavesiyle bir "çift borulu ısı eşanjöründe" ısı transferi iyileştirmesinin sayısal bir araştırması yapılmıştır. Düz bakır boru üzerine sabitlenmiş, 35 mm yüksekliğinde, 1 mm kalınlığında ve her iki ayak arasında 8,5 mm mesafe bulunan dört çift bakır kanatlı malzemeden oluşan geometrinin oluşturulması sayısal çalışma kapsamındadır. Dış ve iç bakır boruların iç çapı 51,78 mm ve uzunlukları sırasıyla 1500 mm ve 1530 mm'dir. Halkalardan, değişen kütle akış hızlarına (0,03 ila 0,07) kg/sn sahip su ve değişen Reynolds sayılarına (250 ila 2500) sahip sıcak deiyonize su akarken, sıcak deiyonize su iç borudan akar. Nanoakışkanlar kullanılmadan düz ve kanatlı borulu ısı eşanjörülerin performansı sayısal olarak incelenmiştir. Kanatlı borulu bir ısı eşanjörü kullanmak, 2,3 ile 3,1 arasında bir iyileştirme oranıyla sonuçlandı. Simülasyon sırasında hacim konsantrasyonlarına (%1, %3 ve %5) sahip bir tür nanopartikül (Al2O3) kullanılmıştır. Konvektif ısı transfer katsayısı, hacim konsantrasyonu ve Reynolds sayısı arttıkça sayısal olarak arttı. Isı transfer katsayısı ve termal iletkenlik, %5'lik bir hacim konsantrasyonunda sırasıyla %20 ve %4,7 artar. "ANSYS FLUENT 20 paketi" kullanılarak hem akış alanını hem de ısı transferini analiz etmek için mevcut ısı eşanjörü üzerinde sayısal simülasyon gerçekleştirilmiştir. Isı eşanjörü içindeki akış alanını tahmin etmek için süreklilik, momentum ve enerji korunumu denklemlerinin çözümü kullanıldı. Nanoakışkanlı ve nanoakışkansız kanatlı tüplerin ısı transfer özellikleri arasında bir karşılaştırma yapılmıştır. Varsayımlar sabit durum, Newton akışı ve üç boyutu içeriyordu. Bulgular, ısı eşanjörüne kanat eklenmesinin ısı dağılımını iyileştirdiğini gösterdi. Simülasyon sırasında, bir baz sıvıya nanoparçacıkların eklenmesinin ısı akışını iyileştirebileceği keşfedildi. Bunun nedeni, baz akışkanın termofiziksel özelliklerinin artmasıdır. ANSYS FLUENT 20 yazılımı, mevcut ısı eşanjöründeki hem sıvı akışını hem de ısı transferini başarıyla tahmin etti.