Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tez Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Karabük Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Enerji Sistemleri Mühendisliği, Türkiye
Tez Danışmanı: Prof. Dr. Engin Gedik
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: Türkçe
Desteklendiği Program: Diğer
Özet:
Bu çalışmada, pasif ve aktif ısı transfer iyileştirme teknikleri kullanılarak ani genişleyen dairesel kesitli kanaldaki taşınımla olan ısı transferinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda, pasif ısı transfer iyileştirme yöntemi olarak pürüzlü yüzey (dairesel çukur kanat) ile ferro-nanoakışkan-Fe3O4/H2O (FNA) uygulamaları, aktif ısı transfer iyileştirme yöntemi olarak ise sabit manyetik alan (DC) uygulamaları tatbik edilmiştir. Uygulanan tekniklere ait parametreler birden fazla değişken göz önüne alınarak başlangıçta sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal analizlerde üç farklı giriş kanal dairesel kesiti (D1=8, 10 ve 14 mm), üç farklı çukur kanat çapı (d=3, 5 ve 7 mm), üç farklı çukur kanat adım oranı (P/d=5,0, 3,0 ve 2,14), üç farklı FNA hacimsel konsantrasyonu (φ=%0,0, %1,0 ve %2,0) ve altı farklı DC manyetik alan şiddeti (B=0,01, 0,03, 0,05, 0,1, 0,3 ve 0,5T) analiz edilmiştir. Çalışmalar laminer akış şartlarında (Re=1000, 1500 ve 2000) yürütülmüş ve akış geometrisinin çıkış kanalı üzerine q"=600 W/m2 sabit ısı akısı uygulanmıştır. Yürütülen sayısal analizler neticesinde en yüksek Performans Değerlendirme Kriterini (PDK) sağlayan D1, d, P/d ve φ parametrelerinden yararlanılarak deney setinin kurulumu ve testleri yapılmıştır. Deneysel analizlerde sistemdeki ölçüm ekipmanlarının hata oranları dikkate alınmış ve belirsizlik analizi çerçevesinde süreçler yürütülmüştür.
Tatbik edilen sayısal analizlerde akışkanın sıkıştırılamaz ve Newtonyen akışkan olduğu kabul edilmiştir. Yapılan kabullere ve sınır şartlarına bağlı olarak süreklilik, momentum ve enerji genel yönetici denklemlerinin çözümlemesi ANSYS Fluent 2020R2 programında gerçekleştirilmiştir. Sayısal analizlerden elde edilen veriler ışığında D1=14 mm, d= 7 mm, P/d=2,14 ve φ=%2,0 sistem parametrelerinin en yüksek PDK’yı sağladığı sonucuna ulaşılmıştır ve deneysel sistem üzerindeki performansı da incelenerek karşılaştırma yapılmıştır. Sayısal ve deneysel sonuçlardan B attıkça ortalama Nusselt sayısının (Nu) arttığı belirlenmiştir. Ancak B’nin artırılması sonucunda ortalama sürtünme katsayısında (f) meydana gelen kayda değer artışlar sistemin PDK’sını olumsuz etkilemiştir. Her iki analiz yönteminde de en yüksek PDK’nın B=0,3T şartında elde edildiği tespit edilmiştir. En yüksek PDK’nın sağlandığı parametrelerden elde edilen sayısal ve deneysel sonuçlar karşılaştırıldığında ortalama Nu, ortalama f ve PDK değerleri arasındaki farkların sırasıyla %3,78, %0,65 ve %3,93 oranlarında olduğu belirlenmiştir. Ayrıca nu hata oranlarından yola çıkarak literatürdeki çalışmalar ile karşılaştırmalar yapılmıştır. Literatürdeki çalışmalar incelendiğinde deneysel ve sayısal çalışmalardan elde edilen sonuçların birbirleri arasındaki farkların ya da herhangi bir korelasyon sonucuna göre elde edilen sonuçlar arasındaki farkların %10’dan düşük seviyede olması sonuçların iyi bir uyum sergilediğini ortaya koymaktadır. Dolayısıyla bu çalışamada ulaşılan sonuçların da yüksek seviyede bir uyum sergilediği sonucuna varılmıştır.