Nanoakışkanlar ile yüksek verimli radyatör soğutmanın sayısal incelenmesi

Yüksek verimlilik her sektörün erişmek istediği bir başarı noktasıdır. Bu durum, günümüzde fosil enerji kaynaklarının azalmasıyla ve enerji krizi ile daha da önemli bir hale gelmektedir. Isı yönetimi günümüzün popüler konularındandır. Nükleer santral, çip endüstrisi ve otomotiv gibi verimin yüksek olması beklenen alanlarda soğutma performansının arttırılması amaçlanmaktadır. Soğutma verimini arttırmak için soğutma yüzey alanını genişletmek ve soğutucu akışkan özelliklerini iyileştirmek uygulanabilecek iki alternatif çözümdür. Soğutucuların boyutlarını büyütmek her zaman mümkün olmamaktadır, bu sebeple soğutma performansını arttırmak için yeni nesil akışkanlar (nanoakışkanlar) kullanılabilir. Geleneksel soğutma yöntemlerinde kullanılan düşük ısı iletimine sahip su, etilen glikol gibi baz akışkanlara eklenen nanoparçacıklar sayesinde, nanoakışkanlar baz akışkanlara kıyasla iyileştirilmiş ısı transfer özelliklerine sahiptirler. Bu tezde, bir radyatör sistemi için düz tüp geometrisinde nanoakışkan ısıl verimi sayısal olarak incelenmiştir. Bu kapsamda ilk olarak, referans alınan çalışmada yer alan Al2O3 ve CuO nanoparçacıklarının hacimce %1-%7 konsantrasyonunun 250-1750 Reynolds sayısı aralığında analizi ANSYS Fluent kullanarak tekrarlanmış ve çözücü doğrulanmıştır. Tez çalışması ve referans çalışma arasındaki maksimum fark %1 Al2O3-Su konsantrasyonunda ve 500 Re sayısında %7,6 olarak gerçekleşmiştir. Yapılan analizlerde, karbon tabanlı grafen nanoplatalet(GNP)-su nanoakışkanının düz tüp geometrisinde sıcaklığa bağlı termofiziksel özellikleriyle %0,079-%0,27 aralığında 4 farklı konsantrasyon için 250-1750 Reynolds sayılarında ısı transferi davranışı incelenmiştir ve performans katsayıları (figure of merit) hesaplanmıştır. Analiz sonucunda %0,27 GNP konsantrasyonunun baz akışkan suya göre kıyaslandığında ortalama ısı taşınım katsayısında %28,76 iyileşme elde edilmiştir. Çalışmanın sonucunda düşük konsantrasyonlarda dahi yüksek termal iyileştirmeler elde edilebildiği görülmüştür. Konsantrasyonun artmasıyla viskozitede yükselme gözlemlenmektedir. Viskozitenin artmasıyla sürtünme katsayıları artmakta bu da pompa gücü ihtiyacını arttırmaktadır.