Manyetik alan etkisiyle ısı eşanjörlerinde akış karakteristiklerinin ve ısı transferi performansının incelenmesi

Tezin ilk bölümünde, akım taşıyan tellerden geçen uniform olmayan bir manyetik alana maruz kalan, dikdörtgensel bir kapalı kanal içerisindeki silindirik bir cismin çevresinde akan bir ferroakışkanın (su ve Fe3O4) hidrotermal ve entropi üretimi özellikleri sayısal olarak incelenmiştir. Ferropartikül hacimsel oranı, Φ uniform olmayan manyetik alan şiddeti, Ha ve Reynolds sayısı, Re gibi çeşitli parametrelerin akış karakteristikleri ve zorlanmış taşınım ile ısı transferi üzerindeki etkisi sonlu hacim tabanlı Ansys Fluent 20 kullanılarak araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, uygulanan manyetik alanın, Re=25'te silindirin arkasında oluşan ölü akış bölgesinin uzunluğunu kısalttığını ve Re=100'de Ha≥6'dan büyük Hartmann sayıları için periyodik girdap kopmalarından oluşan daimi olmayan akışı, daimi bir akış haline getirdiğini göstermektedir. Re=50'de toplam sürükleme katsayısı, CD Ha=0'dan Ha=6'ya yükseldiğinde yaklaşık %20 artmıştır ve ardından Ha=10 değerinde %61 artmıştır. Sonuçlar, ortalama Nusselt sayısının, Nuavg Hartmann sayısı ile monoton davranış gösterdiğini ve uniform olmayan manyetik alan şiddeti arttıkça ortalama Nusselt sayısının artığını göstermektedir. Nuavg iyileştirmesi, Re=25 için Ha=10'da %11,71 ve Ha=18'de %23,26 civarındadır. Entropi üretiminin, SL maksimum değeri uniform olmayan manyetik alan uygulandığında azalmaktadır. Ayrıca artan Hartmann sayısı, Ha silindir etrafında oluşan yüksek entropi değerine sahip bölgelerin boyutunu etkilemektedir. Sayısal simulasyon sonuçlarına göre, Re=25'te ferropartikül hacimsel oranı Φ=%0'dan Φ=%4'e yükseldiğinde Nuavg'da Ha=2 ve 18 için sırasıyla %3,98 ve %3,88 lik bir artış vardır. Son olarak, optimum termal performans kriteri, ξ Re=150'de Ha=0 ve Φ=%4 değerlerinde elde edilmiştir. Tezin ikinci bölümünde, üniform manyetik alana maruz bırakılan dikdörtgen oluklu bir kanaldaki nanoakışkanın (su ve CuO) hidrotermal ve entropi üretimiz özellikleri sayısal olarak incelenmiştir. Nanopartiküllerin hacimsel oranı, Φ üniform manyetik alan şiddetini gösteren Hartmann sayısı, Ha ve Reynolds sayısı, Re farklı parametrelerin akış karakteristikleri ve zorlanmış taşınım ile ısı transferi üzerindeki etkisi, sonlu hacim tabanlı Anys Fluent 20 kullanılarak araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, dikdörtgen oluklu kanalda üniform manyetik alan uygulamasının akım çizgilerinin dağılımı üzerinde büyük değişimlere neden olduğunu ve hem Re=250 hem Re=1250'de oluklar içerisinde oluşan resirkülasyon bölgesinin boyutunu azalttığını göstermiştir. Ancak, oluklar içerisinde oluşan resirkülasyon bölgesini baskılama başlangıcı için gerekli Hartmann sayısı, Ha Re=250'den Re=1250'ye yükselmesiyle artmıştır. Üniform manyetik alandan kaynaklı Lorentz kuvveti, kanalın merkezindeki nanoakışkan akışın hızını azaltır ve kanal boyunca sabit kütle düşünüldüğünde, akış hızı ısıtılmış duvarların yakınında önemli ölçüde artar. Bu durum sıcak duvarların yakınında hız gradyanını ve sıcaklık gradyanını arttırır ve sıcak duvarlar ile nanoakışkan akışı arasındaki ısı alışverişini iyileştirir. Nümerik simülasyon sonuçlarına göre, ortalama Nusselt sayısı, Nuavg artışı manyetik alan uygulanmama durumu ile karşılaştırıldığında, Ha=0 Re=250'de Ha=8 için 9,08%, Ha=24 için 30,42%, Re=1250'de Ha=8 için 0,087%, Ha=24 için 21,13% olarak gözlemlenmiştir.