Yüzey aktif maddelerin nanoakışkanların termal özellikleri ve ısı transferi üzerindeki etkilerinin deneysel incelenmesi

Son yıllarda, ısı transfer verimliliğini artırmak için yenilikçi bir yaklaşım olan nanoakışkan kullanımı hakkında çalışmalar hızla artmaktadır; fakat nanoakışkan kullanımını sınırlayan bazı faktörler bulunmaktadır. Bu faktörlerden en önemlisi uzun süre nanoakışkan kararlılığını sağlayamamaktır; ancak bu doğrultuda farklı yöntemler geliştirilmiştir. Bu yöntemlerden bir tanesi ise sürfaktan kullanmaktır. Bu deneysel çalışma kapsamında ilk aşamada üç farklı sürfaktanın, temel akışkan olarak seçilen saf suyun termofiziksel özellikleri üzerine etkilerinin incelenmesi, ardından nano boyutlarda Al2O3 partikülleri ile elde edilen nanoakışkanların fiziksel özelliklerinin ve kararlılığının ölçülmesi ve son aşamada ise hazırlanan nanoakışkanın gövde boru tipi bir ısı değiştirici kullanılarak ısı transfer karakteristiğinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçlar doğrultusunda SDS, NP 10 ve Tween 80 olmak üzere 3 farklı sürfaktan kütlece %0,2 %0,4 %0,6 ve %0,8 oranlarında saf su ile karıştırılıp, çözeltiler oluşturulmuştur. Bu çözeltilerin 25 °C, 35 °C, 45 °C, 55 °C ve 65 °C olmak üzere 5 farklı sıcaklıkta yoğunluk, viskozite ve termal iletkenlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Ardından ortalama partikül boyutu 18 nm olan Al2O3 partikülleri kullanılarak hacimce %0,3 %0,5 %0,7 %0,9 ve %1,1'lik nanoakışkanlar hazırlanmıştır. Nanoakışkan kararlılığını artırmak için sürfaktan ve ultrasonik homojenizatör kullanılmıştır. Elde edilen nanoakışkanların 25 °C, 35 °C, 45 °C, 55 °C ve 65 °C sıcaklıktaki yoğunluk, viskozite ve termal iletkenlikleri ölçülmüştür. Aynı zamanda hazırlanan nanoakışkanların kararlılığının belirlenmesi için sedimentasyon metodu kullanılmıştır. Isı transfer performansının incelenmesi için sırasıyla su ve %0,2 Tween 80 ve %0,3 Al2O3 ile hazırlanan nanoakışkan gövde borulu bir ısı değiştiricinin boru kısmından 2, 3 L/dk, 4 L/dk ve 5 L/dk olmak üzere 4 farklı debide beslenmiş ve toplam ısı transfer katsayıları hesaplanmıştır. Çalışmalar sonucunda sürfaktan kullanılmadan hazırlanan nanoakışkanların termofiziksel özelliklerinin literatürle büyük oranda uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Tüm konsantrasyonlarda hazırlanan nanoakışkanlar için partikül miktarı ile nanoakışkanın yoğunluğunun doğru orantılı arttığı görülmüştür. Ayrıca akışkanın viskozitesi nanopartikül eklenmesi ile artmış fakat partikül kümelenmesinden dolayı düzenli bir artış gözlemlenememiştir. Farklı oranlarda hazırlanan nanoakışkanların termal iletkenlik değerlerinin suyun değerlerinden yüksek olduğu tespit edilmiştir. Sıcaklık arttıkça termal iletkenlik değerleri artmış ve 25 oC sıcaklıkta elde edilen maksimum termal iletkenlik değeri, hacimce %1,1 Al2O3 ve kütlece %0,2 Tween 80 kullanılarak hazırlanan nanoakışkan ile sağlanmıştır. SDS sürfaktanının, nanoakışkan kararlılığı üzerinde negatif etkisi olduğu görülmüş olup en iyi kararlılığa Tween 80 sürfaktanı ile ulaşılmıştır. Nanoakışkan kullanımı ile ısı transfer katsayısı artmış ve ısı transfer katsayısındaki maksimum artış %11,54 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca debi arttıkça toplam ısı transfer katsayısında artış görülmüştür.