MİNİ/MİKRO KANALLARDA NANOAKIŞKAN KULLANIMININ ISI TRANSFERİNE ETKİSİNİN SAYISAL VE DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Transkript

1 MİNİ/MİKRO KANALLARDA NANOAKIŞKAN KULLANIMININ ISI TRANSFERİNE ETKİSİNİN SAYISAL VE DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Adnan Topuz a, Tahsin Engin b, Beytullah Erdoğan a, Ali Baş a, Alper Yeter c a Bülent Ecevit University, Engineering Faculty, Department of Mech. Engineering, Zonguldak, Turkey b Sakarya University, Engineering Faculty, Department of Mechanical Engineering, Sakarya, Turkey c Kale Oto Radyatör Sanayi ve Ticaret A.Ş., Kocaeli, Turkey Özet: Bu çalışmada, sabit yüzey sıcaklığı sınır şartı altında daire kesitli, yatay mikrokanallarda Al 2O 3, TiO 2 ve ZnO nanoakışkanlarının ısıl performansları ve basınç düşüşleri deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. %0.5, %0.7 ve %1.0 hacimsel derişime sahip nanoakışkanlar hazırlamak için, saf suya Al 2O 3 (13nm), TiO 2 (10-25nm) ve ZnO (18nm) nanoparçacıkları ilave edilmiştir. Hazırlanan nanoakışkanlar kararlılık süresini arttırmak amacı ile yüzey aktif maddesi olan Sodyum Dodesil Sülfat (SDS) içerisinde karıştırılmıştır. Deneysel çalışmalar için bir deney seti kurulmuştur. Bu amaçla, farklı malzemelerden (paslanmaz çelik, Poly Ether Ether Ketone (PEEK)) imal edilmiş farklı iç çap ölçülerine (400, 750, 1000 μm ) sahip farklı yüzey sıcaklıklarında (15, 25, 40 C) 20 cm uzunluğundaki mikro kanallar kullanılmıştır. Ayrıca, farklı giriş sıcaklığı, hacimsel debi (20, 35, 50 ml/dk) ve derişim oranlarına sahip nanoakışkanlar çalışma sıvısı olarak kullanılmıştır. Sıcaklık, debi ve basınç ölçümleri ile ısı transferi, ısı taşınım katsayısı, Nusselt sayısı, basınç düşüşü ve sürtünme faktörü değerleri hesaplanmıştır. Hesaplamalar için gerekli olan ısıl iletkenlik ve viskozite değerleri ayrı ayrı ölçülmüştür. Taguchi yöntemi kullanılarak Mikrokanal çapı, partikül çeşidi, akış hızı ve hacimsel oran gibi parametrelerin sürtünme faktörüne, sıcaklık dağılımına, basınç düşümüne, Reynolds ve Nusselt sayılarına etkileri Fluent paket programı kullanılarak belirlenecek ve deneysel çalışma ile kıyaslanacaktır. Ayrıca bu çalışma, Euro 5/6 emisyon normlarına uygun dizel motorlarda kullanılmak üzere nanoakışkanlı yeni nesil soğutma radyatörlerinin tasarımı ve analizleri için ön çalışma niteliğinde bir modelleme olacaktır. Anahtar Kelimeler: Mikrokanal, Nanoakışkan, Reynolds Sayısı, Nusselt Sayısı, Sayısal Analiz. Abstract: In this study, the thermal performance of Al 2O 3, TiO 2 and ZnO nanofluids in horizontal microchannels was investigated experimentally and numerically. Al2O3 (13nm), TiO2 (10-25nm) and ZnO (18nm) nanoparticles in water to prepare nano-powders with 0.5%, 0.7% and 1.0% volumetric concentration. Sodium Dodecyl Sulfate (SDS). A set of experiments was set up for experimentation. For this purpose, microchannels of 20 cm in length were used at different surface temperatures (15, 25, 40 C) from different materials (400, 750, 1000 μm). In addition, nanofluids with different inlet temperatures, volumetric flow rates (20, 35, 50 ml/min) and concentration ratios are used using nanofluids. Temperature, flow and pressure measurements are based on heat transfer, heat transfer coefficient, Nusselt number, pressure drop and friction factor. The values required for the calculations are measured separately. The effects of parameters such as microchannel diameter, particle type, flow velocity and volumetric ratio on the friction factor, temperature distribution, pressure drop, Reynolds and Nusselt numbers with Taguchi method will be determined in the flow program and compared with the experimental study. In addition, this study will be a preliminary model for the design and analysis of new generation cooling radiators with nano-charcoal which are not used in diesel engines conforming to Euro 5/6 emissions norms. Keywords: Microchannel, Nanochannel, Reynolds Number, Nusselt Number, Numerical Analysis. 1. Giriş Günümüzde soğutma sistemleri; enerji aktarımında,bilgisayar sistemlerinde,elektronik sistemlerde ve ısınmanın olduğu geniş bir alanda aktif olarak kullanılır. Soğutma sistemleri, günümüz teknolojisiyle birlikte çok daha verimli sonuçlar vermektedir. Son zamanlarda soğutma sistemleri için soğutucu akışkan olarak kullanılan nanoakışkanlar üzerine bir çok çalışma yapılmıştır.nanoakışkan, nanopartiküllerin sıvı içerisinde homojen biçimde askıda durmasıyla oluşan ve temel sıvı sayesinde partiküllerin taşınmasına olanak veren çözeltilerdir. Genellikle metal partiküller ve oksitler, nanopartikül olarak saf su ya da etilen glikol içerisinde askıda durur ve taşınır. Bu sayede nanopartiküllerin termodinamik özelliklerinden yararlanılarak ısı transferinde artış sağlanacağı ön görülmektedir.son yıllarda soğutma sistemlerinde nanoakışkanların kullanılması konusunda bir çok çalışma yapılmıştır. Bunlardan bazıları: Çalışmalarında Al 2O 3-Su nanoakışkanını kullanan

2 Bhattacharya ve ark.[2009], nanoakışkanın laminar zorlanmış taşınımının ısı transfer karakteristikleri için nümerik olarak çalışmıştır. Chen ve ark.[2011], farklı nanoparçacık hacim kesrine sahip olmasıyla bir nanoparçacığın, ısı transfer karakteristiklerini sayısal yöntemlerle analiz etmiştir. Lelea[2011], laminar akış rejiminde viskoz dağılım etkisi göz önünde bulundurarak ısı transfer performansını nümerik olarak belirlemiştir. Heyhat[4], yatay dairesel bir tüpte deneysel olarak ısı transfer katsayısı ve sürtünme faktörünün nasıl değiştiğini incelemiştir. Şahin ve ark.[2013], hacimsel derişiminin ve reynolds sayısının ısı transferi ve basınç düşüşü performansı üzerindeki etkilerini deneysel olarak incelemiştir. Karimzadehkhouei ve ark.[2015], çalışmalarında Al 2O 3- Su nanoakışkanından farklı olarak TiO 2-Su nanoakışkanları ile de çalışmıştır. Nanoakışkanları kullanarak sabit ısı akışı koşullarında termal olarak gelişen akışlar için yatay pürüzsüz mikro tüplerde nöroplakların basınç düşüşü ve ısı transfer özelliklerini incelemiştir. Çalışmalarında Cu-Su nanoakışkanını kullanan Ahmet ve ark.[2011], izotermal olarak ısıtılmış kıvrımlı kanal yolu içerisinde akan nanoakışkanın ısı transfer kazanımını ve basınç düşüş karakteristiklerini nümerik yöntemlerle incelemiştir. Tsai-Chein ve ark.[2007], Cu-Su nanoakışkanından farklı olarak Karbonnanotüp-Su nanoakışkanı ile de çalışmıştır. Bu iki nanoakışkanı kullanarak mikrokanal soğutucu performansını incelemiştir. Çalışmalarında TiO 2-Su nanoakışkanını kullanan Azmi ve ark.[2014], farklı hacimsel derişimlerde, sabit ısı akısı koşulunda, türbülanslı akışındaki ısı transfer katsayısını ve sürtünme faktörünü deneysel olarak incelemiştir. Yine Azmi ve ark.[2014], farklı bir çalışmasında TiO 2-Su nanoakışkanının yanında SiO 2-su nanoakışkanı da kullanarak bir bakır dairesel tüpün ısı transfer katsayısı ve sürtünme faktörünü deneysel olarak araştırmıştır. Bhanvase ve ark.[2014], nanoakışkanın akış hızının ve giriş sıcaklığının, sabit ısı akışı durumunda ısı transfer performansı üzerindeki etkilerini deneysel olarak incelemişlerdir. Haghigi ve ark.[2012], çalışmalarında TiO 2-Su nanoakışkanından farklı olarak Al 2O 3-Su ve CeO 2-Su nanoakışkanları da kullanarak küçük çaplı bir tüpün soğutma performansını incelemiştir.bunlar dışında Abbasi ve Aghanajafi[2006], çalışmalarında tek aşamada ısı transferini incelenmiştir. Ho ve ark.[2010], çalışmalarında farklı mikrokanallarda değişen reynolds sayılarıyla, maksimum duvar sıcaklığı, termal direnç, ortalama ısı transfer katsayısı, pompa gücü ve sürtünme faktörü için elde edilen sonuçları incelemiştir. Mohammed ve ark.[2011], çalışmalarında üçgen şeklindeki mikrokanal için sabit sıcaklıkta, üst plakada sabit bir ısı akısı için, belli bir hacimsel derişimde değişen reynolds sayıları için 3 boyutlu simulasyon yapmış ve sonuçları değerlendirmiştir. Bu çalışmada farklı yüzey sıcaklıklarında(10, 25, 40 C), farklı malzemelerdeki(paslanmaz çelik, piksil) ve farklı çaplardaki(400, 750, 1000μm) yatay dairesel mikrokanallardan 3 farklı debide akan, farklı sıcaklıklardaki (50 60 C) su bazlı nanoakışkanların ısı taşınım katsayıları, ısıl performansları ve nusselt sayıları taguchi yöntemi kullanılarak deneysel olarak incelenmektedir. Bu çalışmada literatürde yer alan diğer çalışmalardan farklı olarak aynı deney düzeneğinde bir çok farklı parametre incelenerek sonuçlar alınmıştır ve grafiklerle ifade edilmiştir. Elde edilen bu sonuçlar ile nümerik olarak (CFD) modellenerek deneysel sonuçlar ile kıyaslanmıştır. 2. Materyal Metod 2.1. Nanopartiküllerin Özellikleri Bu çalışmada nanoakışkan olarak temel akışkanı su olan Al 2O 3, TiO 2 ve ZnO nanopartikülleri kullanılmıştır. Tablo 1'de nanopartikül özellikleri verilmiştir. Tablo 1. Nanopartikül Özellikleri Nano Partikül Ort. Çap (nm) Yoğunluk (kg/m3) Özgül Isı (J/kg.K) Isı İletim Katsayısı (W/m.K) Al2O TiO ZnO Nanoakışkanların Hazırlanması Nanoakışkanlar hazırlanırken Al 2O 3, TiO 2 ve ZnO nanopartikülleri saf su ile birlikte ultrasonik homojenleştirici(ultrasonik homojenleştiricinin özellikleri: Optik Ivymen Sistemi, CY-500, Güç: 500W, Frekans: 20kHz, Prob Çapı / Uzunluğu: Ø5.6 / 60mm) kullanılarak hacimsel derişimleri %0.5, %0.7 ve %1 olacak şekilde karıştırılmıştır. Nanoakışkan çözeltisinde kullanılan nanopartiküller ve saf suyun kütle miktarları nanoakışkanın hacimsel derişimi için gerekli olan miktarlar baz alınarak hassas terazi yardımıyla ölçülmüştür. Çözeltilerde homojenliğin sağlandığı SEM görüntülerine bakılarak ispatlanmıştır Nanoakışkanların Termofiziksel Özellikleri Her bir hacimsel derişim için ayrı ayrı ısıl iletkenlik katsayısı Decagon KD2-Pro (KS-1 Probe) ile ve viskozite AND SV-10 deneysel olarak ölçülmüştür. Bu ölçümler sonucundaki elde edilen değerler eğri uydurma yöntemi ile ara değerlerde de hemen hemen gerçek sonuçları verebilecek bir bağıntıya dönüştürülüp grafikleştirilmiştir. Nanoakışkanların özgül ısı ve yoğunluk değerleri ise genel denklemlerden hesaplanıp kullanılmıştır Deney Seti Deney seti; nanoakışkan tankı, istenilen debilerde akışkan basan pompa ve regülatörü, ısı banyosu, soğutma banyosu, çalışılan boyutlarda mikro borular(mikro tüpler) ve bu boruları çevreleyen polimer malzemeden yapılmış çapraz akışlı ısı değiştirici hazneleri, yalıtım malzemeleri, paslanmaz çelikten yapılmış ısı değiştirici, sıcaklık sensörleri, basınç sensörü, veri aktarıcı ve bilgisayardan oluşmaktadır.

3 Şekil 1'de deney seti şematik bir şekilde gösterilmektedir. Şekil 2'de ise deney seti fotoğraflanmıştır Doğrulama Deneyleri Deneylere başlamadan önce sistemin düzgün çalıştığını kontrol etmek için doğrulama deneyleri yapılmıştır. Yapılan doğrulama deneylerinde dairesel kesitli bir kanalda, sabit yüzey sıcaklığı sınır şartında, hidrodinamik ve ısıl olarak gelişen laminer akış durumu incelenmiştir. Nusselt sayıları ve ısı taşınım katsayıları bulunmuştur. Deneylerdeki sonuçlar seçilen koşullarda literatürde geçerliliği olan Sieder Tate (1936) ve Edwards formülleriyle karşılaştırılmıştır. Doğrulama deneylerinde 400μm mikro boru çapında mikro boru kullanılıp akışkan olarak saf su ile çalışılmıştır. Tablo 2 ve Tablo 3'de sırasıyla deneysel olarak bulunan nusselt sayıları ve ısı taşınım katsayıları gösterilmiştir. 1: Nanoakışkan Tankı 2: Pompa 3: Basınç Regülatörü 4: Çelik Isı Değiştirici 5: Isı Banyosu (Isıtma) 6: Isı Banyosu (Soğutma) 7: Polimer Isı Değiştirici 8: Mikroboru 9: Basınç Sensörü 10: Sıcaklık Sensörü 11: Veri Toplayıcı 12: Bilgisayar Şekil 1. Deney Seti Şematik Gösterimi 2.6. Veri Analizi ve Kullanılan Önemli Formüller Nusselt sayısı, ısı taşınım katsayısı ve ısı transferi hesabı bu araştırmanın sonucunda ulaşılmak istenen verilerdir. Isı transferinin hesabını yaparken, çapraz akışlı ısı değiştiricilerin genel formülü kullanılır. Aşağıdaki denklemlerden yararlanılmıştır. Q = m C.( T T ) (1). p ç giriş m = ρ.v (2) Burada m nanoakışkanın kütlesel debisini, Cp nanoakışkanın özgül ısısını, T nanoakışkanın giriş mikrokanala giriş sıcaklığını, T ç nanoakışkanın mikrokanaldan çıkış sıcaklığını, ρ nanoakışkanın yoğunluğunu ve V nanoakışkanın hızıyla mikroborunun giriş noktasındaki yüzey alanının çarpımını belirtir. Isı taşınım katsayısının hesabı yapılırken çapraz akışlı ısı değiştiricilerin genel formülü kullanılmıştır ve aşağıdaki denklemlerden yararlanılmıştır. Q = h. A. T (3) A = π. D. L (4) = T T (5) ln T giriş giriş yüzey, giriş T ç = Tç Tyüzey, ç (6) T = ( T T ) ln( T T ) (7) ln giriş ç giriş Burada A mikrokanalın iç yüzey alanını, D mikrokanalın iç çapını, L mikrokanalın uzunluğunu, T, mikrokanalın giriş yüzeyinin sıcaklığını, yüzey giriş T yüzey, ç mikrokanalın çıkış yüzeyindeki sıcaklığını, T ln nanoakışkanın logaritmik ortalama sıcaklık farkını, Q ısı transferi miktarını, h ise ısı taşınım katsayısını belirtir. Nusselt sayısını hesaplarken aşağıdaki denklemden yararlanılmıştır. Burada h i borunun iç yüzeyinin ısı taşınımı katsayısı, D i borunun iç çapı ve k ısı iletim katsayısıdır. Sieder- Tate (Re<2300) Edwards (Re<2300) Isı Taşınım Katsayısı Nu = ( h. D) k (8) Nu the= 1.86Gz 1/3 (μ b/μ s) 0.14 Nu the= Gz/(1+0.04Gz 2/3 ) h the= Nu thek/d in (W/m 2 K) ç (9) (10) (11) 2.7. Sistemin Çalışma Prensibi Nanoakışkan tankından akışkanı çeken pistonlu pompanın debisi digital göstergesinden ayarlanır. Nanoakışkanı istenilen sıcaklığa getirmek için paslanmaz çelik malzemeden yapılmış ısı değiştiriciye ısı banyosu aracılığıyla sıcak su verilir. Polimer malzemeden yapılmış içinde mikro borunun bulunduğu diğer ısı değiştirici haznesinin içine ise eşzamanlı olarak soğutma banyosundan nanoakışkanı soğutmak için soğuk su verilir. Pompa tanktan çektiği nanoakışkanı sisteme verirken akışı düzenleme görevini pompaya bağlı olan basınç regülatörü üstlenir. Regülatörden çıkan nanoakışkan paslanmaz çelik malzemeden yapılmış çift tüplü ısı değiştiricisinin içine girer. Çift tüplü ısı değiştiriciden istenilen sıcaklıkta çıkan nanoakışkan mikro boruya giriş yapar. Giriş noktasında bulunan sıcaklık sensörü sayesinde buradaki nanoakışkan sıcaklığı belirlenir. Çapraz akışlı ısı değiştiricinin içerisinde dolaşan soğuk su yardımıyla da mikro borudan akan nanoakışkanın sıcaklığı azalır. Bu da mikro borunun çıkış noktasında bulunan başka bir sıcaklık sensörü tarafından ölçülür. Aradaki sıcaklık farkından ısı transferi durumu incelenir. Mikro borudan çıkan nanoakışkan kullanılan hortumlarla tekrar nanoakışkan tankına boşaltılır. Bu sayede sistemde süreklilik sağlanır.

4 Şekil 2. Deney Seti Tablo 2. Doğrulama Deneyleri Sonucunda Bulunan Nusselt Sayıları Hacimsel Debi Giriş Sıcaklığı 44,8 44,0 44,4 44,8 Çıkış Sıcaklığı 16,2 19,2 19,9 21,3 Yüzey Giriş Sıcaklığı 10,1 10,1 10,1 10,1 Yüzey Çıkış Sıcaklığı 9,9 9,9 10,0 10,0 Basınç Kaybı 1,150 1,680 1,900 2,300 Nusselt Sayısı (Sieder-Tate) 3,342 3,809 3,964 4,171 Nusselt Sayısı (Edwards) 4,066 4,244 4,311 4,409 Nusselt Sayısı (Tam Gelişmiş) 3,66 3,66 3,66 3,66 Nusselt Sayısı (Deneysel) 3,081 3,496 3,785 4,011 Tablo 3. Doğrulama Deneyleri Sonucunda Bulunan Isı Taşınım Katsayıları Hacimsel Debi Giriş Sıcaklığı 44,8 44,0 44,4 44,8 Çıkış Sıcaklığı 16,2 19,2 19,9 21,3 Yüzey Giriş Sıcaklığı 10,1 10,1 10,1 10,1 Yüzey Çıkış Sıcaklığı 9,9 9,9 10,0 10,0 Basınç Kaybı 1,150 1,680 1,900 2,300 Isı Taşınım Katsayısı (Sieder-Tate) Isı Taşınım Katsayısı (Edwards) Isı Taşınım Katsayısı (Tam Gelişmiş) Isı Taşınım Katsayısı (Deneysel) Deneyin Yapılışı Başlangıçta belirlenmiş hacimsel derişimlerde hazırlanan nanoakışkanlar (Al 2O 3-saf su, TiO 2-saf su ve ZnO-saf su) yine istenilen miktarda nanoakışkan tankına boşaltılır. Burada bu miktar hassas terazi yardımıyla ayarlanır. Sistemde bulunan metal borular ısı kaybı olabileceği göz önüne alınarak yalıtım malzemeleriyle kaplanır. Sistemdeki bağlantı noktaları herhangi bir sızdırma yapmayacak şekilde bağlantı elemanları ile bağlanır. Isı banyosunda ısıtılan su mikro borunun nanoakışkan giriş sıcaklığında kararlı bir sıcaklık değeri oluşana kadar ısıtılır. Bu kararlı sıcaklık değeri sistemde bulunan veri toplama cihazı (data logger) aracılığıyla bilgisayardan takip edilir. Aynı şekilde soğutma banyosu da mikro boruyu çevreleyen ısı değiştirici haznenin içerisinde kaç derecelik soğuk su dolaştırılmak isteniliyorsa, o değerde kararlı sıcaklık koşulu oluşana kadar soğutulur. Bu kararlı sıcaklık değeri de aynı şekilde bilgisayardan takip edilir. Pompa üzerinde bulunan debi göstergesinden istenilen debi ayarlanarak sisteme nanoakışkan transferi başlatılır. Bu noktadan itibaren nanoakışkanın mikro boruya giriş sıcaklığı ve mikro borunun dışında dolaşan soğuk suyun sıcaklığı istenilen değerde kararlı hale gelene kadar beklenir. İstenilen koşullar

5 oluştuğunda ısı transferi miktarı elde edilen veriler ile hesaplanır Taguchi Yöntemi Taguchi yöntemi, bir çok farklı parametreyi içerisinde barındıran, uzun süreli ve çok değişkenli deneylerde en iyi sonucu elde etmek için kullanılan çok etkili bir yöntemdir. Normal şartlarda bu yöntemi kullanmadan her bir nanoakışkanla, farklı derişimlerde, farklı mikro boru çaplarında, farklı mikro boru malzemelerinde, farklı debi değerlerinde, farklı sıcaklık değerlerinde v.s. yapılacak deney sayısı çok fazla olacaktır. Taguchi yöntemi bize bu parametrelerden optimum olanları önerir ve bu çalışma için binlerce deney yapmak yerine Tablo 2 'de görülen 18 deneyde en iyi sonuçların oluşacağı değerleri bize sunar. Bu sayede maliyet ve zamandan da tasarruf edilmiş olunur Sayısal Modelleme Sayısal Modelleme analizi ANSYS CFD (computational fluid dynamics) programı yardımıyla yapılmıştır. deneysel olarak bulunan nanoakışkanlara ait termofiziksel özelliklere verilere ait denklem takımları programa tanıtımı yapılmıştır. Tablo 4. de de kullanılan deneysel veriler program yardımıyla sayısal modellemesi yapılarak sonuçlar kıyaslanmıştır. 3.Sonuçlar ve Tartışma 3.1. Doğrulama Deneyleri Sonuçları Şekil 3. Nusselt Sayısı İçin Doğrulama Deneyleri Şekil 4. Isı Taşınım Katsayısı İçin Doğrulama Deneyleri

6 Şekil 5. Isı Transferi İçin Doğrulama Deneyleri Deney Tablo 4. Taguchi Deney Değerleri Faktörler A B C D E F G Tüp Malzemesi Tüp Çapı Akışkan Çeşidi Akışkan Hacimsel Derişimi Akışkan Sıcaklığı Isı Banyosu Sıcaklığı Akışkan Debisi 1 SS 381 Al2O SS 381 TiO SS 381 ZnO SS 762 Al2O SS 762 TiO SS 762 ZnO SS 1026 Al2O SS 1026 TiO SS 1026 ZnO PEEK 381 Al2O PEEK 381 TiO PEEK 381 ZnO PEEK 762 Al2O PEEK 762 TiO PEEK 762 ZnO PEEK 1026 Al2O PEEK 1026 TiO PEEK 1026 ZnO Şekil 6. Nusselt Sayısı Grafiği

7 Şekil 3 ve Şekil 4'de görüldüğü gibi Nusselt Sayıları ve Isı Taşınım Katsayıları literatürde yer alan Sieder- Tate ve Edwards formülleri kullanılarak hesaplanmıştır. Ve eğri uydurma yöntemiyle şekil üzerinde gösterilmiştir. Şekil 5'te ise bu sonuçlardan yararlanılarak bulunan ısı transferi miktarı gösterilmiştir. Deney sonuçlarında elde edilen deneysel nusselt sayıları ve ısı taşınım katsayıları da eğri uydurma yöntemiyle şekle aktarılıp formüllerle hesaplanan sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Yine Şekil 5'te deneysel sonuçlardan alınan verilerle hesaplanan ısı transferi miktarı bulunup formüllerle bulunan sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Bu grafiklerde nusselt sayılarının ve ya ısı taşınım katsayılarının reynolds değerleriyle olan ilişkisi gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlarda literatürdeki formüllerden yararlanılarak bulunan sonuçların deneysel sonuçlarla yakın olduğu gözlenmiştir. Laminer akış ile türbülanslı akış arasında kalan geçiş rejimini görebilmek için deneylerde çok sayıda farklı debilerde çalışılmıştır.şekil 6, 7 ve 8 de taguchi tablosunun bize sunduğu optimum deney parametreleriyle yapılan deneylerde bulunan nusselt sayıları, ısı taşınım katsayıları ve ısı transferi miktarları, yine aynı parametrelerde nümerik çalışmalarla bulunan nusselt sayıları, ısı taşınım katsayıları ve ısı transferi miktarlarıyla karşılaştırılması gösterilmiştir.şekil 11'de de görüldüğü gibi en iyi ısıl performans Al 2O 3-su nanoakışkanı ile sağlanmıştır. Saf suyla karşılaştırıldığında %15.3 oranında daha fazla ısı transferi gerçekleşmiştir.ikinci en iyi performansı gösteren nanoakışkan ZnO-su nanoakışkanıdır. TiO 2 ise suya göre %2.2 daha az ısı transferi gerçekleştirmiştir. Şekil 7. Isı Taşınım Katsayısı Grafiği Şekil 8. Isı Transferi Grafiği

8 Şekil 9. Akışkan Tiplerine Göre Nusselt Sayılarının Karşılaştırılması Şekil 10. Akışkan Tiplerine Göre Isı Taşınım Katsayılarının Karşılaştırılması Şekil 11. Akışkan Tiplerine Göre Isı Transferi Miktarlarının Karşılaştırılması

9 4. SONUÇ Bu çalışmada, sabit yüzey sıcaklığı koşullarında yatay dairesel bir mikrokanaldan akan Al 2O 3-su, TiO 2-su ve ZnO-su nanoakışkanlarının nusselt sayıları, ısı taşınım katsayıları ve ısı transferi miktarı deneysel ve nümerik olarak hesaplanmıştır. Temel sıvı olarak saf su kullanılmıştır. Bulunan sonuçlar şu şekilde sıralanabilir: 1. Nanopartiküllerin derişimleri ve bekleme süreleri iyi ayarlanmalıdır. Eğer iyi ayarlanmazsa nanoakışkanda çökmeler olabilir. Çöken nanopartiküller borularda tıkanmalara neden olabilir. Bu da hem sistemin çalışmasını, hem de ısıl performansı olumsuz etkileyebilir. 2. Hesaplamalarda kullanılan literatürdeki denklemler deneylerde kullandığımız ortam şartlarına göre seçilmelidir. 3. Boru çapı azaltıldığında ısı transferi hızının arttığı gözlemlenmiştir. 4. En iyi ısıl performans Al 2O 3-su nanoakışkanı kullanıldığında elde edilmiştir. 5. En yüksek ısıl iletkenlik kapasitesine sahip nanopartikülü içeren nanoakışkan en iyi ısı transferi değerini vermeyebilir. ZnO nanopartikülünün ısıl iletkenlik kapasitesi diğer nanopartiküllere göre daha yüksektir fakat Al 2O 3- su nanoakışkanı deneyler sonucuna göre en iyi ısı transferi değerini vermiştir. 6. Teşekkür Bu proje TÜBİTAK (TUBITAK 1505, Proje No: ) ve Kale Oto Radyatör Sanayi ve Ticaret A.Ş tarafından desteklenmektedir. Yazarlar, finansal destekleri için TÜBİTAK ve Kale Oto Radyatör Sanayi ve Ticaret A.Ş teşekkürlerini sunarlar. 5. Referanslar Heyhat M.M.(2013), Kowsary F., Rashidi A.M., Momenpour M.H., Amrollahi A., Experimental investigation of laminar convective heat transfer and pressure drop of water-based Al2O3 nanofluids in fully developed flow regime, Experimental Thermal and Fluid Science, Şahin B.(2006), Çomaklı K., Çomaklı Ö., Yılmaz M., Nanoakışkanlar ile ısı transferinin iyileştirilmesi (Heat ÖZGEÇMİŞ transfer rate improvement with nanofluids). Mühendis ve Makina, Cilt: 47, Sayı: 559, Sf: Karimzadehkhouei M.(2015), Yalçın S.E., Şendur K., Mengüç M.P., Koşar A., Pressure drop and heat transfer characteristics of nanofluids in horizontal microtubes under thermally developing flow conditions, Experimental Thermal and Fluid Science Choi S. (2006), Nanofluids for improved efficiency in cooling systems. Argonne National Laboratory, April 18-20, Azmi W.H.(2014), Sharma K.V., Sarma P.K. Mamat R., Najafi G., Heat transfer and friction factor of water based TiO2 and SiO2 nanofluids under turbulent flow in a tube, International Communications in Heat and Mass Transfer, Bhanvase B.A. (2014), Sarode M.R., Putterwar L.A., Abdullah K.A., Deosarkar M.P., Sonawane S.H., Intensification of convective heat transfer in water/ethylene glycol based nanofluids containing TiO2 nanoparticles, Chemical Engineering and Processing, Haghighi E.B. (2013), Saleemi M., Nikkam N., Anwar Z., Lumbreras I., Behi, M., Mirmohammadi S.A., Poth H., Khodabandeh R., Toprak, M, Muhammed M., Palm, B., Cooling performance of nanofluids in a small diameter tube, Experimental Thermal and Fluid Science, Ho et al( 2010), An experimental investigation of forced convective cooling performance of a microchannel heat sink with Al2O3/water nanofluid, Chen et al(2011), Study on the thermal behavior and cooling performance of a nanofluid-cooled microchannel heat sink, Bhattacharya et al(2009), Numerical study of conjugate heat transfer in rectangular microchannel heat sink with Al2O3/H2O nanofluid, Raisi et al(2011), A numerical study on the forced convection of laminar nanofluid in a microchannel with both slip and no-slip conditions, Tsai&Chein(2007), Performance analysis of nanofluid-cooled microchannel heat sinks, Lelea(2011), The performance evaluation of Al2O3/water nanofluid flow and heat transfer in microchannel heat sink. Doç. Dr. Adnan TOPUZ, 1972 yılında Zonguldak ta doğdu yılında Hacettepe Üniversitesi Zonguldak Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği nden mezun oldu yılında Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalında Yüksek Lisans eğitimini, 2002 yılında Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalında doktora eğitimini tamamladı yılları arasında Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünde ve yılları arasında Sakarya Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünde Araştırma Görevlisi olarak, yılları arasında Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünde Yardımcı Doçent olarak görev yapmıştır yılından itibaren Bülent Ecevit Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünde Doçent olarak görevine devam etmektedir

10 Prof. Dr. Tahsin ENGİN, 1968 Yılında Samsun'da doğmuştur. İlk, orta ve lise öğrenimini Samsun'da tamamladı. Lisans diplomasını makina mühendisliği dalında Hacettepe Üniversitesi'nden, yüksek lisans diplomasını enerji dalında Zonguldak Karaelmas (Bülent Ecevit) Üniversitesi'nden ve doktora diplomasını yine enerji dalında Sakarya Üniversitesi'nden almıştır yılları arasında Van Çimento T.A.Ş.'de üretim mühendisi olarak çalışan Tahsin Engin, yılları arasında University of Nevada/Reno'da (ABD) doktora sonrası araştırmalarda bulunmuş, annı dönemde bu üniversitede faaliyet gösteren Energy Assessment Center'da uzman olarak çalışmıştır. Tahsin Engin 2014 yılından beri Sakarya Teknokent A.Ş. Genel Müdürü ve ADAPTTO- Teknoloji Transfer Ofisi Yöneticisi olarak görev yapmaktadır. Yrd. Doç. Dr. Beytullah ERDOĞAN, 1983 yılında Karaman da doğdu yılında Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği nden mezun oldu yılında New Hampshire Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalında Yüksek Lisans eğitimini, 2016 yılında BülentEcevit Üniversitesi- Sakarya Üniversitesi ortak Doktora Programı ile Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalında doktora eğitimini tamamladı yılları arasında Bülent Ecevit Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünde Araştırma Görevlisi olarak görev yapmıştır yılından itibaren Bülent Ecevit Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünde Yardımcı Doçent olarak görevine devam etmektedir. Makine Mühendisi Ali BAŞ, 1993 yılında Zonguldak'ta doğdu yılında Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği'nde lisans eğitimini tamamladı. Aynı yıl Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü Enerji Anabilim Dalında Yüksek Lisans Eğitimine başladı ve halen devam etmektedir.