Koray KARABULUT, Doğan Engin ALNAK

5525

Geriye Dönük Adım Akışında Karbon Tabanlı Nanoakışkanların Isı Transferi ve Akış Özellikleri Açısından Değerlendirilmesi

Geriye dönük adım akışı, büyük hücum açısında kanat uçlarında, bir aracın arkasındaki ayrılma akışında, bir gaz türbinindeki akışta ve ayrıca bir tekne veya binanın etrafındaki akış gibi günlük yaşantımızdaki uygulamalarda görülmektedir. Isı ve kütle transferi miktarını artırmak açısından geriye dönük adım bölgesinin kontrolü oldukça önemlidir. Bu çalışmada, dikey olarak konumlandırılmış geriye dönük adım akışı geometrisinde h/4 ve h olmak üzere farklı pah uzunluklu adım köşe yapılarının pahsız geometriye göre türbülanslı ısı transferi ve akış özellikleri hacimce %0,01 konsantrasyonlara sahip GO (Grafen Oksit)-saf su ve MWCNT (Çok Katmanlı Karbon Nanotüp)-saf su nanoakışkanlarının kullanılmasıyla saf su ile karşılaştırılarak sayısal olarak incelenmiştir. Geriye dönük adımın arkasındaki duvarlardan biri sabit sıcaklıkta tutulurken diğerleri adyabatiktir. Çalışmanın sonuçları, üç boyutlu ve zamandan bağımsız olarak korunum denklemlerinin k-ε türbülans modelli, Boussinesq yaklaşımlı ANSYS-FLUENT bilgisayar programıyla çözülmesiyle elde edilmiştir. Çalışmada kullanılan nanoakışkanlar tek fazlı kabul edilmiş olup, deneysel olarak elde edilen termofiziksel değerler kullanılmıştır. Geriye dönük adımın genişleme oranı 1,5’tir. Çalışma, 7500 ve 10000 olmak üzere farklı Reynolds sayılarında gerçekleştirilmiştir. Sunulan çalışma, literatürde bulunan çalışmanın sayısal sonuçlarıyla karşılaştırılmış olup birbirleriyle uyumlu ve kabul edilebilir oldukları görülmüştür. Sonuçlar, Nu sayısı, akışkan sıcaklık, türbülans kinetik enerji ve basınç değişimleri olarak sunulmuştur. Ayrıca, geriye dönük adım akışı geometrisinde, sıcaklık, hız konturları ve akım çizgisi dağılımları görselleştirilmiştir. Re=10000 için %0,01 GO-saf su nanoakışkanı akışında h/4 pah uzunluklu geriye dönük adım geometrisinin ortalama Nu sayısının saf su kullanılan geometriden %11,51 daha fazla olduğu belirlenmiştir.

Evaluation of the Carbon-Based Nanofluids in Terms of Heat Transfer and Flow Properties at Backward-Facing Step Flow

The backward-facing step flow is seen in applications in our daily life, such as high attack angle at airfoil, the separation flow behind a vehicle, the flow in a gas turbine, and also the flow around a boat or building. In terms of increasing the amount of heat and mass transfer, the control of the backward step region is fairly important. In this study, the heat transfer and flow properties with turbulence of step corner structures with different chamfer lengths as h/4 and h according to geometry of without chamfer have been numerically searched by using GO (Graphene Oxide)-distilled water and MWCNT (Multi-Walled Carbon Nanotube)-distilled water nanofluids having 0,01% volumetric concentration comparing with distilled water at the vertically positioned backward-facing step flow geometry. One of the walls behind the backward-facing step has been kept at a constant temperature while the others are adiabatic. The results of the study have been achieved by solving conservation equations with three dimensional and steady k-ε turbulence model with Boussinesq approach using ANSYS-FLUENT computer program. The nanofluids used in the study have been considered as single-phase and experimentally obtained thermophysical values have been employed. The expansion rate of the backward-facing step is 1,5. The study has been carried out in different Reynolds numbers of 7500 and 10000. The present study has been compared with the numerical results of the work found in the literature and it has been found that they are compatible and acceptable to each other. The results have been presented as the variations of Nu number, fluid temperature, turbulence kinetic energy and pressure. In addition, the contours of the temperature and velocity and streamline distributions have been visualized at the backward-facing step flow geometry. For Re=10000, the average Nu number value of the step geometry with h/4 at the 0.01% GO-distilled water nanofluid f low has been determined to be 11,51% higher than the geometry of distilled water.
PDF

___

  • [1] Trisaksri, V., Wongwises, S., “Critical Review of Heat Transfer Characteristics of Nanofluids”, Ren. Sust. Energy Reviews, vol. 11, pp. 512-523, 2007.
  • [2] Maxwell, J.C., A Treatise on Electricity and Magnetism, 2nd ed., Oxford Clarendon Press, Cambridge, England, 1904.
  • [3] Gupte, S.K., Advani, S.G., Huq, P., “Role of Micro-Convection Due to Non-Affine Motion of Particles in A Ono-Disperse Suspension”, Int. J Heat and Mass Transf., vol. 38, pp. 29452958, 1995.
  • [4] Kim, S.J., Bang, I.J., Buongiorno, J., Hu, L.W., “Surface Wettability Change During Pool Boiling of Nanofluids and Its Effect on Critical Heat Flux”, Int. J Heat and Mass Transf., vol. 50, pp. 4105-4116, 2007.
  • [5] Kwark, S.M., Kumar, R., Moreno, G., Yoo, J., You, S.M., “Pool Boiling Characteristics of Low Concentration Nanofluids”, Int. J Heat and Mass Transf., vol. 53, pp. 972-981, 2010.
  • [6] Hong, K.S., Hong, T.K., Yang, H.S., “Thermal Conductivity of Fe Nanofluids Depending on the Cluster Size of Nanoparticles”, Applied Physics Lett., vol. 88, pp. 1-3, 2006.
  • [7] Hwan, L., Hwang, K., Janga, S., Lee, B., Kim, J., Choi, S.U.S., Choi, C., “Effective Viscosities and Thermal Conductivities of Aqueous Nanofluids Containing Low Volume Concentrations of Al2O3 Nanoparticles”, Int. J Heat and Mass Trans., vol. 51, pp. 2651-2656, 2008.
  • [8] Xie, H., Lee, H., Youn, W., Choi, M., “Nanofluids Containing Multiwalled Carbon Nanotubes and Their Enhanced Thermal Conductivities”, J Applid Physics, vol. 94, pp. 4967-4971, 2003.
  • [9] Armaly, B.F., Durst, F., Pereira, J.C.F., Schönung, B., “Experimental and theoretical İnvestigation of Backward-Facing Step Flow”, J. Fluid Mech., vol. 127, pp. 473-496, 1983.
  • [10] Nadge, P., Govardhan, R., “High Reynolds Number Flow Over A Backward-Facing Step: Structure of the Mean Separation Bubble”, Exp. Fluids, vol. 55, pp. 1-22, 2014.
  • [11] Kasagi, N., Matsunaga, A., “Three-Dimensional Particle-Tracking Velocimetry Measurement of Turbulence Statistics and Energy Budget in A Backward-Facing Step Flow”, Int. J. Heat Fluid Flow, vol. 16, pp. 477-485, 1995.
  • [12] Le, H., Moin, P., Kim, J., “Direct Numerical Simulation of Turbulent Flow Over A Backward-Facing Step”, J. Fluid Mech., vol. 330, pp. 349-374, 1997.
  • [13] Simpson, R.L., “Turbulent Boundary-Layer Separation”, Annu. Rev. Fluid Mech., vol. 21, pp. 205-232, 1989.
  • [14] Vogel, J.C., Eaton, J.K., “Combined Heat Transfer and Fluid Dynamic Measurements Downstream of A Backward-Facing Step”, J. Heat Transfer, vol. 107, pp. 922-929, 1985.
  • [15] Keating, A., Piomelli, U., Bremhorst, K., Nei, S., “Large-Eddy Simulation of Heat Transfer Downstream of A Backward-Facing Step”, J. Turbul., vol. 5, pp. 1-27, 2004. 52
  • [16] Avancha, R.V., Pletcher, R.H., Large Eddy Simulation of the Turbulent Flow Past A Backward-Facing Step with Heat Transfer and Property Variations”, Int. J. Heat Fluid Flow, vol. 23, pp. 601-614, 2002.
  • [17] ANSYS Inc., ANSYS FLUENT User’s Guide, Fluent, Netherland, Lebanon, ANSYS Press, 2003.
  • [18] Karabulut, K., Buyruk, E., Kılınc, F., “Grafen Oksit Nanoparçacıkları İçeren Nanoakışkanın Taşınım Isı Transferi ve Basınç Düşüşü Artışı Üzerindeki Etkisinin Düz Bir Boruda Deneysel Olarak Araştırılması”, Mühendis ve Makina, cilt. 59, sayı. 690, s. 45-67, 2018.
  • [19] Karabulut, K., Buyruk, E., Kılınc, F., “Experimental and Numerical İnvestigation of Convection Heat Transfer in a Circular Copper Tube Using Graphene Oxide Nanofluid”, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, vol. 42, pp. 1-16, 2020.
  • [20] Karabulut, K., Buyruk, E., Yapıcı, K., Kılınc, F., “Karbon Nanotüp İçeren Nanoakışkanın Isı Transferi Artışı ve Basınç Düşüşü Performansının Deneysel ve Sayısal Olarak İncelenmesi”, in Proc. ULIBTK’15, 2015, p. 96.
  • [21] Togun, H., Safaei, M.R., Sadri, R., Kazi, S.N., Badarudin, A., Hooman, K., Sadeghinezhad, E., “Numerical Simulation of Laminar to Turbulent Nanofluid Flow and Heat Transfer Over A Backward-Facing Step”, App. Mathematics and Comp., vol. 239, pp. 153-170, 2014.
Tesisat Mühendisliği-Cover
  • ISSN: 1300-3399
  • Yayın Aralığı: Yılda 6 Sayı
  • Başlangıç: 1993
  • Yayıncı: TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI
Arşiv
Sayıdaki Diğer Makaleler

Toprak Kaynaklı Dirsek Tip Isı Borularıyla Buzlanmanın Önlenmesi

Ahmet ÖZSOY, Yavuz GÜLEÇ

Farklı Amaçla Kullanılan Temizlik Malzemelerinin İç Hava Kalitesine Etkisi

Sibel MENTEŞE, Bahar AKÇA, Ali ÇAĞLAR

Farklı Standart Koşullar İçin İki Kademeli Bir Soğutma Sisteminin Deneysel İncelenmesi

Deniz YILMAZ, Ebru MANÇUHAN

Geriye Dönük Adım Akışında Karbon Tabanlı Nanoakışkanların Isı Transferi ve Akış Özellikleri Açısından Değerlendirilmesi

Koray KARABULUT, Doğan Engin ALNAK

Tuvalet Temizlik Ürünlerinin Kullanımı İle Salıverilen Karbon Tetraklorürün İç Hava Düzeyleri ve Sağlık Riskleri

İlknur AYRİ, Mesut GENİŞOĞLU, Handan GAYGISIZ, Aysun SOFUOĞLU, Sait Cemil SOFUOĞLU

Hava Kanalı Sızdırmazlık Testleri ve Commissioning (Cx) Sürecine Etkisi

Hasan Özgüç DİVARCI