Selma AKÇAY, Ünal AKDAĞ

199

Eliptik Boru Demeti Üzerinden Geçen Nanoakışkanların Laminer Akışının Isı Transferine Etkisi

Bu çalışmada, sabit duvar sıcaklığına sahip eliptik boru demeti üzerinden geçen CuOsu nanoakışkanın laminer akışının ısı transferine ve sürtünme faktörüne etkileri sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmada, farklı kesit alanına sahip eliptik borular kademeli olarak yerleştirilmiş ve analizler iki boyutlu olarak gerçekleştirilmiştir. Kullanılan eşitlikler, sonlu hacimler metodu ile SIMPLE algoritması kullanılarak çözülmüştür. Sayısal incelemelerde, nanoakışkan tipi ve partikül hacim oranı (j) sabit tutulmuş, eliptik kanalın en/boy oranı (AR) ve Reynolds sayısı (Re) değiştirilerek incelemeler gerçekleştirilmiştir. Bu parametrelerin ısı transferi karakteristiği ve sürtünme faktörü üzerindeki etkileri taban akışkan ile de karşılaştırılmıştır. Boru demeti üzerinden nanoakışkanların laminer akışında anlık hız ve sıcaklık dağılımları elde edilmiştir. Sayısal sonuçlar, ısı transferindeki iyileşmenin eliptik kanal kesitinden ve Reynolds sayısından oldukça etkilendiğini göstermiştir. Nanoakışkan kullanımı ile ısı transferinin de arttığı, ancak bu artışın sürtünme faktöründe de bir miktar artışa sebep olduğu gözlemlenmiştir. En yüksek ısı transferi performansı, AR=1,0 ve Re=1000’de yaklaşık olarak %15 olarak elde edilmiştir. Çalışma sonucunda boru demetleri üzerinden nanoakışkanların laminer akışı için en iyi termo-hidrolik performansı sağlayan parametreler belirlenmiştir. En iyi termohidrolik performans Re=1000 için AR=0,5’te yaklaşık olarak %12 olarak elde edilmiştir.

The Effect on the Heat Transfer of LaminarNanofluid Flow over the Elliptic Tube Bundle

In this study, the effect of the laminar flow of CuO-water nanofluids through the elliptical tube bundle with constant wall temperature on the heat transfer and friction factor are investigated numerically. In the study, elliptical tubes with different cross-sectional area are placed staggered and the analyses are carried out for two dimensions. The governing equations are solved by using SIMPLE algorithm with finite volume method (FVM). In the studies, the nanofluid type and particle volume fraction (j) are kept constant, Reynolds number (Re) and aspect ratio of the elliptic channel (AR) are changed. The effects on the friction factor and the heat transfer characteristics of these parameters are also compared with the base fluid. In the laminar flow of the nanofluids over the tube bundle, instantaneous velocity and temperature distributions are obtained. Numerical results have shown that the improvement in heat transfer is highly affected by the elliptic channel cross-section and Reynolds number. It has been observed that the heat transfer increases with the use of nanofluid, but this increase also causes slightly increase in friction factor. The highest heat transfer performance is obtained as approximately 15% at AR=1,0 and Re=1000. As a result of the study, the parameters providing the best thermo-hydraulic performance for the laminar flow of the nanofluids on the tube bundles are determined. The best thermo-hydraulic performance is obtained as approximately 12% fort Re=1000 at AR=0,5.
PDF

___

  • [1] Li, Q., Xuan, Y., “Heat Transfer Enhancement of Nanofluids”, International Journal of Heat and Fluid Flow, 21, 58–64, 2000.
  • [2] Heri̇, S.Z., Etemad S.G., Esfahany M.N., “Convective Heat Transfer of a Cu/Water Nanofluid Flowing Through a Circular Tube”, Experimental Heat Transfer, 22, 217–227, 2009.
  • [3] Lotfi, R., Saboohi Y., Rashidi, A.M., “Numerical Study of Forced Convective Heat Transfer of Nanofluids: Comparison of Different Approaches”, International Communications in Heat and Mass Transfer 37, 74–78, 2010.
  • [4] Yang, Y.T., LAI, F.H., “Numerical Study of Heat Transfer Enhancement with the Use of Nanofluids in Radial Flow Cooling System”, International Journal Heat and Mass Transfer, 53: 25–26, 5895–5904, 2010.
  • [5] Mohammed, H.A., Bhaskaran, G., SHUAIB, N.H., Saidur, R., “Heat Transfer and Fluid Flow Characteristics in Micro Channels Heat Exchanger Using Nanofluids: A Review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews 15, 1502, 2011
  • [6] Akdag U., Akcay S., Demiral D., “Heat Transfer Enhancement With Laminar Pulsating Nanofluid Flow in a Wavy Channel”, Int. Commun. Heat Mass Transfer, 59, 17–23, 2014.
  • [7] Alam, T., Kim, M.H., “A Comprehensive Review on Single Phase Heat Transfer Enhancement Techniques in Heat Exchanger Applications”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 813-839, 2018.
  • [8] Atalay H. Çoban M.T., “Çapraz Akışlı Hava-Gaz Isı Değiştiricisinin Sonlu Farklar Metodu Kullanılarak Modellenmesi ”, Politeknik Dergisi, 21(1): 155-163, 2018.
  • [9] Mangrulkar, C.K., Dhoble, A.S., Deshmukh, A.R., Mandavgane, S.A., “Numerical Investigation of Heat Transfer and Friction Factor Characteristics From in-Line Cam Shaped Tube Bank in Crossflow”, Applied Thermal Engineering. 110, 521–538, 2017
  • [10] Lavasani, A.M., Bayat, H., Maarefdoost, T., “Experimental Study of Convective Heat Transfer From in-Line Cam Shaped Tube Bank in Crossflow”, Applied Thermal Engineering, 65:1–2, 85–93, 2014.
  • [11] Salcedo, E., Cajas, J.C., Treviño, C., Martinez, L., “Unsteady Mixed Convection Heat Transfer From Two Confined Isothermal Circular Cylinders in Tandem: Buoyancy and Tube Spacing Effects”, International Journal Heat and Fluid Flow, 60, 12–30, 2016.
  • [12] Gamrat, G., Mari̇ne, M.F., Person, S. L., “Numerical Study of Heat Transfer Over Banks of Rods in Small Reynolds Number Cross-Flow”, International Journal Heat and Mass Transfer, 51, 853–864, 2008.
  • [13] Khan, W.A., Culham, J.R., Yovanovich, M.M., “Convection Heat Transfer From Tube Banks in Crossflow: Analytical Approach”, International Journal Heat and Mass Transfer, 49, 25–26, 4831–4838, 2006.
  • [14] Zhang, L.Z., Ouyang, Y.W., Zhang, Z.G., Wang, S.F., “Oblique Fluid Flow and Convective Heat Transfer Across a Tube Bank Under Uniform Wall Heat Flux Boundary Conditions”, International Journal Heat and Mass Transfer, 91, 1259–1272, 2015.
  • [15] Hai̇tha, M.S., Bahaidarah, H.M.S., Anand, N.K., Chen, H.C., “A Numerical Study of Fluid Flow and Heat Transfer Over a Bank of Flat Tubes”, Numerical Heat Transfer, Part A Appl. 48:4, 359–385, 2005.
  • [16] Erdi̇n, M.T., Yılmaz, A., Yılmaz, T., “Çapraz Akışlı Saptırılmış Boru Demeti Isı Değiştiricilerinin Ekonomik Optimizasyonu”, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31(2), 139-148, Aralık 2016.
  • [17] Li, X., Zhu, D., Yin, Y. Liu, S., Mo, X., “Ex- perimental Study on Heat Transfer and Pressure Drop of Twisted Oval Tube Bundle İn Cross Flow”, Experimental Thermal and Fluid Science, 99, 251-258, 2018.
  • [18] Karaçavuş B., Aydın, K., “Boru Demetleri Üzerinde Çapraz Akışta Nusselt Sayısının Nümerik İncelenmesi”, 13. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi – 19-22 Nisan 2017/ İzmir
  • [19] Jun, B.H, Jiin, Y.J., “Numerical Investigation of Nanofluids Laminar Convective Heat Transfer Through Staggered and In-Lined Tube Banks”, F.L. Gaol et al. (Eds.), Proc. of the 2nd International Congress on CACS, AISC 144, 483–490, 2011.
  • [20] Abdel-Rehi̇, Z.S., “A Numerical Study of Heat Transfer and Fluid Flow Over an in-line Tube Bank”, Energy Sources, Part A: Recov. Util. Environ. Eff. 34 (22) 2123–2136, 2012.
  • [21] Ho, C.J., Chang, C.Y., Wei, M.Y., “An Experimental Study of Forced Convection Effectiveness of Al2O3-Water Nanofluid Flowing in Circular Tubes”, International Communication Heat and Mass Transfer, 83, 23–29, 2017.
  • [22] Mangrulkar, C.K., Kriplani, V.M., “Experimental Investigation of Convective Heat Transfer Enhancement Using Alumina / Water and Copper Oxide / Water Nanofluids”, Thermal Science, 20, 1681–1692, 2016.
  • [23] Wahid, M.A., Gholami A.A., Mohammed H.A., “Numerical Study of Fluid Flow and Heat Transfer Enhancement of Nanofluids over Tube Bank”, Applied Mechanics and Materials, 388, 149-155, 2013.
  • [24] Ahmed, M.A., Yaseen, M.M., Yusoff, M.Z. “Numerical Study of Convective Heat Transfer From Tube Bank in Cross Flow Using Nanofluid”, Case Studies in Thermal Engineering, 10, 560-569, 2017.
  • [25] ANSYS Fluent User Guide & Theory GuideRelease 18.2, Fluent Ansys Inc, USA, 2018
  • [26] Minea, A.A., “Effect of Microtube Length on Heat Transfer Enhancement of a Water/Al2 O3 Nanofluid at High Reynolds Numbers”, International Journal Heat and Mass Transfer, 62, 22–30, 2013.
  • [27] Kakac, S., Pramuanjaroenkij, A., “Review of Convective Heat Transfer Enhancement with Nanofluids”, International Journal Heat and Mass Transfer, 52, 3187–3196, 2009.
  • [28] Pak B.C., Cho Y.I., “Hydrodynamic and Heat Transfer Study of Dispersed Fluids With Submicron Metallic Oxide Particles”, Experimental Heat Transfer, 11 (2), 151–170, 1998.
  • [29] Zukauskas, A., “Heat Transfer From Tubes in Cross Flow”, Advances in Heat Transfer, 18: 87, 1987.
Tesisat Mühendisliği-Cover
  • ISSN: 1300-3399
  • Yayın Aralığı: Yılda 6 Sayı
  • Başlangıç: 1993
  • Yayıncı: TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI
Arşiv
Sayıdaki Diğer Makaleler

Bir Tekstil İşletmesinin Enerji Tüketimi ve Verimlilik Analizi

M. Ziya SÖĞÜT, Fatih Eray OKUR, Canpolat ÇAKAL

Ram Makinelerinde Baca Filtrasyonu ve Enerji Geri Kazanım Sistemlerinin Termoekonomik Karşılaştırması

Mehmet Emin Uğur ÖZ

Eliptik Boru Demeti Üzerinden Geçen Nanoakışkanların Laminer Akışının Isı Transferine Etkisi

Selma AKÇAY, Ünal AKDAĞ