Plakalı Isı Değiştiricilerinde TiO2/Su Nanoakışkan Kullanımının Isıl Performansa Etkisi

Bu çalışmada birleşik sıcak su hazırlama sistemi üzerinde bulunan zıt yönlü paralel akışlı plakalı ısı değiştiricisinde TiO2/Saf su nanoakışkanı kullanılmasının ısıl performansa etkisi araştırılmıştır. Deneyde sıcak akışkan olarak üç farklı akışkan kullanılmış olup bunlar saf su ile 0,25 ve 0,5 hacimsel karışım oranına sahip TiO2/saf su nanoakışkanıdır. Nanoakışkanın ısıl performansa etkisini anlayabilmek için deneylerde önce taban akışkan olan saf su kullanılmış sonrada nanoakışkanlar kullanılmıştır. Soğuk akışkan olarak kullanılan suyun debisi 4,5,6,7 lt/dk olacak şekilde dört farklı değer seçilmiştir. Her debi değeri için sıcak akışkan giriş sıcaklığının 40˚C, 45˚C, 50˚C, 55˚C ve 60˚C olduğu sabit sıcaklık değerlerinde ayrı ayrı deneyler yapılmış ve ısı transferi, etkenlik katsayısı ve iyileştirme oranları incelenmiştir. Deneyden elde edilen verilere göre plakalı ısı değiştiricisinde sıcak akışkan olarak saf su yerine TiO2/saf su nanoakışkanı kullanılmasının ısıl verimi iyileştirdiği tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre en yüksek iyileşme oranı, hacimcel karışım oranı %0.5 olan TiO2/Saf su nanoakışkanının deney akışkanı olarak kullanıldığı ve soğuk akışkan debisinin 4 lt/dk olduğu çalışmada %14.3 olarak elde edilmiştir. Ayrıca debi arttıkça ısı transfer miktarı artmış ve iyileştirme oranı azalmıştır.

Anahtar Kelimeler:

Etkenlik, Nanoakışkan, Plakalı ısı değiştiricisi, Saf su, TiO2

The Effect of Using TiO2/Water Nanofluid in Plate Heat Exchangers on Thermal Performance

In this study, the effect of using TiO2/Pure water nanofluid on the thermal performance in the counter-direction parallel flow plate heat exchanger on the combined hot water preparation system was investigated. Three different fluids were used as hot fluid in the experiment, and these are TiO2/Pure water nanofluids with 0.25 and 0.5 volumetric mixing ratios with pure water. In order to understand the effect of nanofluid on thermal performance, first pure water, which is the base fluid, was used in the experiments, and then nanofluids were used. Four different values were selected, with a flow rate of 4,5,6,7 l/min of the water used as the cold fluid. For each flow rate value, separate experiments were carried out at constant temperature values where the hot fluid inlet temperature is 40˚C, 45˚C, 50˚C, 55˚C and 60˚C, and heat transfer, effectiveness coefficient and improvement rates were examined. According to the data obtained from the experiment, it has been determined that the use of TiO2/Pure water nanofluid instead of pure water as the hot fluid in the plate heat exchanger improves the thermal efficiency. According to the results obtained, the highest improvement rate was obtained as 14.3% in the study where TiO2/Pure water nanofluid with a volumetric mixing ratio of 0.5% was used as the test fluid and the cold fluid flow rate was 4 l/min. In addition, as the flow rate increased, the amount of heat transfer increased and the improvement rate decreased.

Keywords:

Effectiveness, Nanofluid, Plate heat exchanger, Pure water, TiO2,

PDF

___

Ahuja, A. S. (1982). Thermal design of a heat exchanger employing laminar flow of particle suspensions. International Journal of Heat and Mass Transfer, 25(5), 725-728.
Haghshenas, F. M., Talaie, M. R., & Nasr, S. (2011). Numerical and experimental investigation of heat transfer of ZnO/water nanofluid in the concentric tube and plate heat exchangers. Thermal Science, 15, 183–94.
Kwon, Y., Kim, D., Li. C., Lee, J., Hong, D., & Lee,J. (2011).Heat transfer and pressure drop characteristics of nanofluids in a plate heat exchanger. Journal of Nano Science and Nano Technology, 11, 69–74.
Zamzamian, A., Oskouie, S. N., Doosthoseini, A., Joneidi, A., & Pazouki, M. (2011). Experimental investigation of forced convective heat transfer coefficient in nanofluids of Al2O3/EG and Cuo/EG in a double pipe and plate heat exchangers under turbulent flow. Experimental Thermal and Fluid Science, 35, 495–502.
Variyenli, H. İ., & Sarı, Y. (2016). Magnezyum oksit ile saf suyun plaka tip ısı değiştiricideki ısıl performanslarının deneysel incelenmesi. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2(3), 147‐170.
Selma, A., Ünal, A., Oktay, H., & Demiral, D. (2019). Boru demeti üzerinden geçen Al2O3-su nanoakışkanın pulsatif akışının ısı transferine etkisi. DÜMF Mühendislik Dergisi, 10(2), 621-631.
Dan, H., Zan, W., & Bengt, S. (2016). Effects of hybrid nanofluid mixture in plate heat exchangers. Experimental Thermal and Fluid Science, 72, 190-196.
Kahveci, M., & Koca, T. (2021). Plaka Tip Isı Değiştiricide Grafit/Saf Su Nanoakışkan Kullanımının Isıl Performansa Etkisi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (25), 400-405.
Lee, J., Hwang, K.S., Jang, S. P., Lee, B. H., Kim, J. H., Choi, S. U. S., & Choi, C.J. (2008). Effective viscosities and thermal conductivities of aqueous nanofluids containing low volume concentrations of Al2O3 nanoparticle. İnternational Journal of Heat and Mass Transfer, 51, 2651-2656.
Pak, B.C., & Choi, Y.I. (1998). Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particle. Experimental Heat Transfer and International Journal, 11 (2), 151–170.
Maxwell, J. C., & Garnett, J.C. (1904). Colours in metal glasses and in metallic films. Philosophical Transactions of the Royal Society a Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 203, 385–420.
Hashmi, A., Tahir, F. and Hameed, U. (2011). Empirical Nusselt number correlation for single phase flow through a plate heat exchanger. Recent Advances in Fluid Mechanics, Heat & Mass Transfer and Biology, 2, 41–6.
Seyf, H. R., & Feizbakhshi, M. (2012). Computational analysis of nanofluid effects on convective heat transfer enhancement of micro-pin-fin. İnternational Journal of Thermal Sciences, 58, 168–79.
Daungthongsuk, W., & Wongwises, S.A. (2007). Critical review of convective heat transfer of nanofluids. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 11(5), 797–817.
Ayub, Z. H. (2003). Plate heat exchanger literatüre survey and new heat transfer and pressure drop correlations for refrigerant evaporators. Heat Transfer Engineering, 24 (5), 3–16.
Kang, H. U., Kim, S. H., & Oh, M. (2006). Estimation of thermal conductivity of nanofluid using experimental effective particle volume. Experimental Heat Transfer, 19, 181–91.
Amiri, A., Shanbedi, M., Amiri, H., Heris, Z., Kazi, S., & Chew, B. (2014). Pool boiling heat transfer of CNT/water nanofluids. Applied Thermal Engineering, 71 (1), 450–9.
Shokrgozar, M., Zeinali, H.S., Poorpharhang, S., Shanbedi, M., & Noie, S. (2014). Experimental study of heat transfer of a car radiator with CuO/ethylene glycol-water as a coolant. Journal of Dispersion Science and Technology, 35, 677–85.