NUMERICAL INVESTIGATION OF HEAT TRANSFER AND FLOW IN PARTLY HEATED FITTINGS BY USING NANOFLUID

Abstract

Küresel enerji kullanımındaki artışla birlikte, termal sistemlere ve iyi soğutmaya olan talep artmaktadır. Mühendislik araştırmacıları ve endüstriyel uygulayıcılar, nanoparparçaıkların sıvılarla karıştırılmasıyla, en büyük ısı transfer yüzeyleri sayesinde yüksek termal özelliklerinin geliştirilebileceğini bulmuşlardır. Günümüzde, öncelikle ısı değiştiricileri, elektronik soğutma sistemleri ve radyatörler gibi ısı transfer ekipmanlarında soğutucu olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmanın amacı, su bazlı akışkanın içeren Cu nanoakışkanların, kısmen ısıtılmış farklı bağlantı elemanlarına (ani genleşme ve ani daralma) etkisini göstermektir. Nanopartikül içerikleri olan çeşitli Reynolds sayıları için ısı transferi ve akışkan akışı hem eksenel simetrik hem de düzlemsel geometri için HAD kullanılarak analiz edilmiştir. Diğer duvarlar yalıtımlı tutulurken nano akışkanın sıcaklığı kısmen ısıtılmış duvardan daha düşükalınmıştır. Sonlu hacim tekniği, yönetim denklemlerini çözmek için kullanımıştır. Hesaplamalar hem laminer hem de türbülanslı akış rejimi için Reynolds sayıları (200 ? Re ? 5000), en boy oranı ? (1.5 ??? 7) ve nanopartiküllerin hacim fraksiyonu (% 0 ?? ?% 4) değerleri için yapılmıştır. Bu çalışmanın sonucu, nanoakışkan içeriklerinin hem akışkan akışı hem de ısı transfer mekanizması üzerinde güçlü bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. ?'nin artmasıyla birlikte giriş ve çıkış arasındaki sıcaklık farkı da artmaktadır. Nanopartikül içeriklerinin artması ile basınç düşüşü aynı Re sayılarında azalırken, yerel Nusselt sayıları açısından ısı transferindeki iyileşme azalmıştır. Nanoakışkanlar kullanılarak ısı transferinin arttırılmasının düşük Reynolds sayılarında ve yüksek hacimli fraksiyonlarda daha belirgin olduğu bulunmuştur.

Within the increase in global energy usage, the demand for thermal systems and better cooling is increasing. The researchers of engineering and industrial applicators found that by mixing nanoparticles in base fluid thermal properties of nanofluids can be developed due to its high thermal conductivity and thermal characteristics owing to the greatest heat transfer surfaces. In our days, nanofluids are primarily used as coolants in heat transfer equipment such as heat exchangers, electronic cooling systems, and radiators. The aim of this study is to show the effect of Cu nanofluids that contained with water base fluid, on a partially heated different fittings (sudden expansion and sudden contraction). The heat transfer and fluid flow for various Reynolds numbers, nanoparticle contents, were analyzed by using CFD for both axisymmetric and planar geometry. The temperature of nanofluid is lower than that of partially heated wall while other walls are kept insulated. The finite volume technique is used to solve the governing equations. Calculations were performed for both laminar and turbulent regime at Reynolds numbers ranging of (200 ? Re ? 5000), the aspect ratio ? ranging of (1.5 ? ?? 7) and volume fraction of nanoparticles ? ranging (0% ?? ? 4%). The result of this study shows that nanofluid contents have a strong effect on both fluid flow and heat transfer mechanism. With the increase of ? temperature difference between inlet and outlet also increases. With the increase of nanoparticle contents pressure drop reduces at the same Re numbers while enhancement heat transfer is reduced in terms of local Nusselt numbers. It was found that the heat transfer enhancement, using nanofluids, is more pronounced at low Reynolds numbers and at high volume fractions.