Mini kanalda nanoakışkan kullanımının ısı transferine etkisinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi

Bu çalışmada, 400 µm paslanmaz çelik malzemeden daire kesitli yatay kanalda, saf su ve saf su bazlı %0.5 hacimsel derişimde Al2O3 (13nm), ZnO (18nm) nanoakışkanlarının ısıl performansları, Nusselt sayısı ve basınç düşüşü değeri ile pompa güç gereksinimi değişimi, deneysel ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) programı ile incelenmiştir. Program olarak Ansys 16.2 ticari programın fluent arayüzü kullanılmıştır. Deneyler, saf su ve saf su bazlı %0.5 hacimsel derişimde Al2O3, ZnO ile 45oC nanoakışkan giriş sıcaklığı, 10oC sabit yüzey sıcaklığı şartlarında sırasıyla 20, 23, 26, 29, 32, 35, 38, 41, 45, 50 mL/dk debilerde gerçekleştirilmiştir. Deney şartları, HAD programında iki boyutlu (2D) olarak modellenmiş olup laminer ve standart k-ε türbülans çözüm metodları ile her bir akışkan için analizler yapılmıştır. Sıcaklık, debi ve basınç ölçümleri sayesinde Nusselt sayısı, Reynolds sayısı, basınç düşüşü ve pompa güç gereksinimi ile ısı transferi miktarı ve ısı taşınım katsayıları her bir akışkan için 30 farklı deney çalışması ve 60 farklı simülasyon analizleri ile incelenmiştir. HAD programı yardımıyla hız gradyanı giriş ve atmosfer basıncı çıkış şartlarında akışın laminer ve türbülanslı nümerik çözümlemesi ile deneysel sonuçlar, mevcut analitik çalışmalar ile karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Çalışmanın deneysel amacı mikrokanalda, belirlenen derişimde, nanoakışkan kullanmanın deney seti ile gerçek koşulların incelenmesi, deneyde elde edilen verilerin akış rejimine göre literatür denklemleri ile karşılaştırılmasıdır. Daha sonra Ansys 16.2'de hem laminer hem de türbülanslı model çözümlemesiyle akış karakteristiği tayin edilmek istenmiştir. Deneysel ve nümerik çalışma neticesinde saf su bazlı Al2O3 ve ZnO nanoakışkanları saf su ile karşılaştırıldığında, ısı transferi değerinde sırasıyla %14.35, %7.42 ve ısı taşınım katsayısı değerinde ise %20.90, %10.01 artış belirlenmiştir. Diğer yandan ZnO nanoakışkanı için basınç farkı değerinde artma sebebiyle pompa elektrik tüketiminde %13.49 artışa neden olması, belirlenen mikrokanal ve hacimsel derişimde Al2O3 nanoakışkanını ön plana çıkarmıştır. Ayrıca her bir akışkan için Nu = c Rem Prn şeklinde korelasyon önerilmiştir.