Spiral boru akışında türbülatör ve nano akışkan kullanımının ısı transferine etkisinin incelenmesi

Bu tez çalışmada; düz, sarmal ve türbülatörlü (düz, 10, 50 ve 100 devirlik) sarmal olmak üzere 6 farklı ısı tüpünün termo-akış davranışları sayısal olarak incelendi. İş akışkanı olarak su ve dört farklı nano akışkanlar (Su-Al2O3, Su-TiO2, Su-Fe2O3, Su-CuO) kullanılarak akışkanların ısı transferine etkisi araştırıldı. Spiral boru içerisine türbülatör yerleştirilmesinin ve türbülatör devrinin artırılmasının ısı transferine olan etkisi araştırıldı. Nano akışkanların yüzde yoğunluğu %3'tür. Düz, spiral ve türbülatörlü sarmal boruların çizim SolidWorks 2023 programı ile gerçekleştirildi ve ANSYS 20 R2 ortamına aktarıldı. Düz, spiral ve türbülatörlü sarmal boruların uzunluğu 3 777 m ve çapı 17 mm dir. Düz, spiral ve türbülatörlü sarmal boruların hesaplamalı akış dinamik modellemesi ANSYS 20 R2 programı ile gerçekleştirildi. Sayısal çalışma için iyileştirilmiş duvar fonksiyonlarında türbülanslı kinetik enerji - dağılım (k-ε) modeli kullanıldı. Geçerli eşitliklerin çözümü için ayrık sonlu hacim yöntemi kullanıldı. Çalışmada, türbülanslı ve laminer akışta ısı transferi koşulları dikkate alınarak akış ve ısı transferi analizleri yapıldı. Reynold sayısı, farklı nano akışkanlar, akış düzenlemeleri, türbülatörlerin devirleri vb. gibi önemli tasarım parametrelerinin etkisi esas ilgi konusuydu. Sonuçlar farklı Reynold sayısı aralıklarında su için (3000 - 40000), nano akışkanlar için (2000 - 40 000) gerçekleştirildi. Çalışma tüm boru tiplerinde 35 ℃ sabit duvar sıcaklığında gerçekleştirildi. Su ve nanoakışkanların 6 farklı boruda hız, basınç ve sıcaklık konturları oluşturuldu. Su ve nanoakışkanların 6 farklı boruda hız, basınç ve sıcaklık değerleri karşılaştırıldı. Su ve nano akışkanların 6 farklı boruda Nusselt sayısı (Nu), ısı transfer katsayısı(h), sürtünme faktörü (f), çıkış sıcaklığı (To) değerleri bulunarak bu 6 farklı boru için karşılaştırıldı. Reynolds sayısının artmasıyla tüm akışkanlar ve tüm boru tipleri için Nusselt sayılarının ve ısı taşınım katsayılarının arttığı, sürtünme faktörü ve çıkış sıcaklığı değerlerinin ise azaldığı bulundu. Su ve tüm nano akışkanları için spiral borunun diğer borulardan daha fazla ısı transferi ve basınç düşüşü sağladığı bulundu. Türbülatörün devirlerinin artırılmasının ısı transferine katkı sağlamadığı bulundu. Nanoakışkanlar arasında en yüksek ısı transferini Ti02 sağladığı, en düşük ısı transferini ise CuO nanoakışkanı sağladığı bulundu. Suyun nanoakışkanlardan daha iyi ısı transferi sağladığı bulundu.