Dalgalı trapez plakalı ısı eşanjörü içindeki nanoakışkanların akış ve ısı transfer karakteristiklerinin incelenmesi

Bu çalışmada, dalgalı trapez şeklindeki plakalı ısı eşanjör içindeki su bazlı nanoakışkanın tam gelişmiş türbülanslı akış ve ısı transferi davranışları sayısal olarak incelenmiştir. Analizlerde sabit ısı akısı altında (6kW/m2), farklı hacim oranlarında (f=%0-%4) ve çapı d=20nm olan SiO2 nanopartiküllerin etkileri incelenmiştir. Trapez şeklindeki kanalın geometrik parametreleri; trapezin yüksekliği e=5 mm, trapezin vida adım uzunluğu Pe=12 mm, trapezin genişliği w=3mm olarak ele alınmıştır. Yönetici denklemler Ansys Fluent programı ile çözülmüştür. Çalışmada SiO2 nanoakışkanının ısı ve akış alanları üzerindeki etkileri incelenmiş olup, ısı transferi nanopartikül hacim oranıyla birlikte artmaktadır. Zorlanmış bir konveksiyonda baz akışkan olarak su kullanılması ile nanoakışkan kullanılması kıyaslandığında, nanoakışkanın 20 nm çapında, % 4 nanopartikül hacimsel oranında, Reynolds sayısı 20000 için ortalama Nusselt sayısında % 18'lik bir artış olmaktadır,ancak basınç düşümü 2.5 katı artmaktadır.Nanoakışkanın ısı transferini iyileştirmesine karşılık basınç düşümündeki artış,kabul edilebilir değer aralığındadır. Nanoakışkanların trapez kanalda kullanımıyla sistemlerin termal performansı artmakta ve daha kompakt ısı eşanjörlerin gelişimine katkı sağlamaktadır.

Anahtar Kelimeler:

Isı eşanjörü, dalgalı trapez plaka, nanoakışkan, ; ısı transferi, CFD

PDF

___

A.M. Abed, M.A. Alghoul, K. Sopian, H.A. Mohammed, Hasan sh. Majdi, Ali Najah Al-Shamani, Design characteristics of corrugated trapezoidal plate heat exchangers using nanofluids, Chemical Engineering and Processing 87, 88 – 103, 2015.
A.K. Tiwari, P. Ghosh, J. Sarkar, H. Dahiya, J. Parekh, Numerical investigation of heat transfer and fluid flow in plate heat exchanger using nanofluids, Int. J. Therm. Sci. 85, 93 – 103, 2014.
Choi, S.U.S., Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles, Develop. Appl. Non Newtonian Flows, 99 – 106, 1995.
G. Tanda, Heat transfer in rectangular channels with transverse and V-shaped broken ribs, Int. J. Heat Mass Transfer 47, 229 – 243, 2007.
H.G. Kwon, S.D. Hwang, H.H. Cho, Flow and heat/mass transfer in a wavy duct with various corrugation angles in two dimensional flow regimes, Heat Mass Transfer 45, 157 – 165, 2008.
H. Heidary, M. Kermani, Effect of nano-particles on forced convection in sinusoidal-wall channel, Int. Commun. Heat Mass Transfer 37, 1520 – 1527, 2010.
H. Heidary, M. Kermani, Heat transfer enhancement in a channel with block (s) effect and utilizing nano-fluid, Int. J. Therm. Sci. 57, 163 – 171, 2012.
H. Mohammed, A.M. Abed, M.Wahid, The effects of geometrical parameters of a corrugated channel with in out-of-phase arrangement, Int. Commun. Heat Mass Transfer 40, 47 – 57, 2013.
Keblinski, P., Phillpot, S.R., Choi, S.U.S. and Eastman, J.A. , Mechanisms of Heat Flow in Suspensions of Nano-sized Particles (nanofluids), Int. J. Heat Mass Transfer, 45, 855 – 863, 2002.
M. Ahmed, N. Shuaib, M. Yusoff, A. Al-Falahi, Numerical investigations of flow and heat transfer enhancement in a corrugated channel using nanofluid, Int. Commun. Heat Mass Transfer 38, 1368 – 1375, 2011.
M. Pantzali, A. Mouza, S. Paras, Investigating the efficacy of nanofluids as coolants in plate heat exchangers (PHE), Chem. Eng. Sci. 64, 3290 –3300, 2009.
P.Naphon, Laminar convective heat transfer and pressure drop in the corrugated channels, Int. Commun. Heat Mass Transfer 34, 62 – 71, 2007.
P.Naphon, Effect of wavy plate geometry configurations on the temperature and flow distributions, Int. Commun. Heat Mass Transfer 36, 942 – 946, 2009. S.Lee,S-S. Choi, S.U.S., Li, S., Eastman, J.A.,
Measuring thermal conductivity of fluids containing oxide nanoparticles, ASME J. Heat Transfer 121, 280 – 289, 1999.
Y. Islamoglu, C. Parmaksizoglu, The effect of channel height on the enhanced heat transfer characteristics in a corrugated heat exchanger channel, Appl. Therm. Eng. 23, 979 - 987, 2003.