Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi

OCAK, Nihat; KARABULUT, KORAY

Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi

Koray KARABULUT, (Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Sivas Teknik Bilimler MYO Elektrik ve Enerji Sivas, Türkiye)

Nihat OCAK (Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Enerji Bilimi ve Teknolojisi Sivas, Türkiye)

Tesisat Mühendisliği

4 1

Yıl: 2022 Cilt: 0 Sayı: 191 Sayfa Aralığı: 17 - 27 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 22-09-2022

Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi

Öz:

Bu çalışmada, GO (Grafen Oksit)-Su nanoakışkanı kullanılan sabit ısı yüklü, 20 mm iç çaplı ve 1830 mm uzunluklu bakır düz bir borudan oluşan deneysel bir ısıl sistemin entropi üretimi ve ekserji analizi gerçekleştirilmiştir. Bakır boruya uygulanan ısı yükleri 250 W ve 350 W iken, borularda akan akışkanların debi değerleri 0,9 l/dak., 1,2 l/dak. ve 1,5 l/dak.’ dır. Sistemde çalışma akışkanları olarak %0,01 ve %0,02 hacimsel konsantrasyona sahip GO-Su nanoakışkanı ve saf su kullanılmıştır. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar, literatürde bulunan farklı nanoakışkanlarla yapılan çalışmalarla kıyaslanmış ve sonuçların mantıklı ve tutarlı oldukları belirlenmiştir. Çalışmada değişken parametreler olarak; nanoakışkan konsantrasyonu, akışkan debisi ve boruya uygulanan ısıl yük kullanılmıştır. Çalışmanın sonuçları, 20 mm iç çaplı bakır boru uzunluğu boyunca ısıl ve sürtünme entropi üretimi, çıkış ekserjisi ve 2. yasa veriminin değişimleri olarak ayrıntılı bir şekilde değerlendirilmiştir. Sonuçlar, 0,9 l/dak. debide %0,01 ve %0,02 konsantrasyona sahip GOSu nanoakışkanlarının boru boyunca ortalama ısıl entropi üretimlerinin saf sudan sırasıyla %4 ve %6,58 daha az olduğunu göstermiştir. Ayrıca, 1,5 l/dak’ lık debide 0,9 l/dak’ lık debi değerine göre %0,02 GO-Su nanoakışkanının ekserjisi %36,4 daha fazla iken; 1,5 l/dak ve 0,9 l/dak’ lık debi değerlerinde ve %0,02 GO-Su nanoakışkan konsantrasyonunda ikinci yasa verimlerinin sırasıyla %91 ve %85 oldukları belirlenmiştir.

Anahtar Kelime:

Investigation of Entropy Generation and Exergy Behavior of GO-Water Nanofluid in a Thermal System

Öz:

In this study, entropy generation and exergy analysis of an experimental thermal system consisting of a copper straight pipe with a constant heat load, 20 mm inner diameter and 1830 mm length using GO (Graphene Oxide)-Water nanofluid was performed. While the heat loads applied to the copper pipe are 250 W and 350 W, the flow rates of the fluids flowing in the pipes are 0.9 l/min., 1.2 l/min. and 1.5 l/min. GO-Water nanofluid with 0.01% and 0.02% volumetric concentrations and distilled water were used as working fluids in the system. The results obtained from this study were compared with the studies conducted with different nanofluids in the literature and it was determined that the results were reasonable and consistent. As variable parameters in the study; nanofluid concentration, fluid flow rate and thermal load applied to the pipe were used. The results of the study were evaluated in detail as the thermal and friction entropy generation, output exergy and the changes of the 2nd law efficiency along the length of the 20 mm inner diameter copper pipe. Results showed that the average thermal entropy productions of GO-Water nanofluids with 0.01% and 0.02% concentrations at 0.9 l/min. flow rate along the pipe were 4% and 6.58% lower than distilled water, respectively. In addition, while the exergy of the 0.02% GO-Water nanofluid was 36.4% higher at a flow rate of 1.5 l/min than at a flow rate of 0.9 l/min; it was determined that the second law efficiencies were 91% and 85% at the 1.5 l/min and 0.9 l/min flow rates and 0.02% GO-Water nanofluid concentration, respectively.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

[1] 1. Wen, D., Lin, G., Vafaei, S., Zhang, K., “Review of Nanofluids for Heat Transfer Applications”, Particuology, 7, 141-150, 2009.
[2] 2. Saidur, R., Leong, K.Y., Mohammad, H.A., A “Review on Applications and Challenges of Nanofluids”, Renewable Sustainabşe Energy Reviews”, 15, 1646-1668, 2011.
[3] Godson, L., Raja, B., Lal, D.M., Wongwises, S., “Enhancement of Heat Transfer Using Nanofluids- An Overview”, Renewable Sustainable Energy Reviews, 14, 629-641, 2010.
[4] Novoselov, K., Geim, A.K., Morozov, S., Jiang, D., Grigorieva, M.K.I., Dubonos, S., Firsov, A., “Two-Dimensional Gas of Massless Dirac Fermions in Graphene”, Nature, 438: 197-200, 2005.
[5] Yu, W., Xie, H., Chen, L., Li, Y., “Enhancement of Thermal Conductivity of Kerosene- Based Fe3O4 Nanofluids Prepared Via Phase-Transfer Method”, Colloids and Surfaces A, 355, 109-113, 2010.
[6] Bejan, A., “Entropy Generation Minimization, the Method of Thermodynamic Optimization of Finite-Size Systems and Finite-Time Processes”, Journal of Applied Physics, 79, 1191, 1996.
[7] Singh, P.K., Anoop, K.B., Sundararajan, T., Das, S.K., “Entropy Generation Due to Flow and Heat Transfer in Nanofluids”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 53, 4757- 4767, 2010.
[8] Bejan, A., “A Study of Entropy Generation in Fundamental Convective Heat Transfer”, Journal of Heat Transfer, 101, 718-725, 1979.
[9] Mahmud, S., Fraser, R.A., “The Second Law Analysis in Fundamental Convective Heat Transfer Problems”, International Journal of Thermal Science, 42, 177-186, 2003.
[10] Leong, K.Y., Saidur, R., Mahlia, T.M.I., Yau, Y.H. “Entropy Generation Analysis of Nanofluid Flow in A Circular Tube Subjected to Constant Wall Temperature”, International Communications Heat and Mass Transfer, 39, 1169-1175, 2012.
[11] Hussien, A.A., Abdullah, M.Z., Yusop, N. Md., Al-Kouz, W., Mahmoudi, E., Mehrali, M., “Heat Transfer and Entropy Generation Abilities of MWCNTs/GNPs Hybrid Nanofluids in Microtubes. Entropy, 21, 480, 2019.
[12] Korei, Z., Benissaad, S., “Turbulent Forced Convection and Entropy Analysis of a Nanofluid Through a 3D 90° Elbow Using a Two Phase Approach” Heat Transfer, 50, 1-31, 2021.
[13] Taskesen, E., Tekir, M., Gedik, E., Arslan, K., “Numerical Investigation of Laminar Forced Convection and Entropy Generation of Fe3O4/ water Nanofluids in Different Cross-Sectioned Channel Geometries”, Journal of Thermal Engineering, 7, 1752-1767, 2021.
[14] Keklikcioğlu, O., “Entropy Generation Analysis of a Heat Exchanger Tube with Graphene- Iron Oxide Hybrid Nanofluid”, European Journal of Science Technology, 24, 398-404, 2021.
[15] Szargut, J., Morri, D.R., Steward, F.R., “Exergy Analysis of Thermal, Chemical and Metallurgical Processes, Hemisphere Pubs., New York, USA, 1998.
[16] Khaleduzzaman, S.S., Sohel, M.R., Mahbubul, I.M., Saidur, R., Selvaraj, J., “Exergy and Entropy Generation Analysis of TiO2-Water Nanofluid Flow Through the Water Block As An Electronic Device”, International. Journal of Heat and Mass Transfer, 101, 104-111, 2016.
[17] Khaleduzzaman, S.S., Sohel, M.R., Saidur, R., Mahbubul, I.M., Shahrul, I.M., Akash, B.A., Selvaraj, J., “Energy and Exergy Analysis of Alumina–Water Nanofluid for An Electronic Liquid Cooling System”, International Communications Heat and Mass Transfer, 57, 118- 127, 2014.
[18] Pandey, S.D., Nem, V.K., “Experimental Analysis of Heat Transfer and Friction Factor of Nanofluid As a Coolant in a Corrugated Plate Heat Exchanger”, Experimental Thermal Fluid Science, 38, 248-256, 2012.
[19] Ahammed, N., Asirvatham, L.G., Wongwises, S., “Entropy Generation Analysis of Graphene-Alumina Hybrid Nanofluid in Multiport Minichannel Heat Exchanger Coupled with Thermoelectric Cooler”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 103, 1084- 1097, 2016.
[20] Hajjar, Z., Rashidi, A., Ghozatloo, A., “Enhanced Thermal Conductivities of Graphene Oxide Nanofluids”, International Communications Heat and Mass Transfer, 57, 128-131, 2014.
[21] Hummers, W.S., Offeman, R.E., “Preparation of Graphitic Oxide”, Journal of Ambient Chemical Society, 80, 1339, 1958.
[22] Pak, B.C., Cho, Y.I., “Hydrodynamic and Heat Transfer Study of Dispersed Fluids with Submicron Metallic Oxide Particles”, Experimental Heat Transfer, 11, 151-170, 1998.
[23] Karabulut, K., Buyruk, E., Kılınç, F. “Grafen Oksit Nanoparçacıkları İçeren Nanoakışkanın Taşınım Isı Transferi ve Basınç Düşüşü Artışı Üzerindeki Etkisinin Düz Bir Boruda Deneysel Olarak Araştırılması”, Mühendis ve Makina, 59, 45-67, 2018.
[24] Taylor, J.R. “An Introduction to Error Analysis: the Study of Uncertainties in Physical Measurements”, University Science Books, Sausalito, California; 1997.
[25] Singh, P.K., Anoop, K.B., Sundararajan, T., Das, S.K. “Entropy Generation due to Flow and Heat Transfer in Nanofluids”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 53, 4757- 4767, 2010.
[26] Narendran, G., Bhat Mithilesh, M., Akshay, L., Arumuga Perumal, D., “Experimental Analysis on Exergy Studies of Flow Through A Minichannel Using TiO2/Water Nanofluids”, Thermal Science Engineering Progress”, 8, 93-104, 2018.
[27] Hussien, A.A., Abdullah, M.Z., Yusop N. Md., Al-Kouz, W., Mahmoudi, E., Mehrali, M. “Heat Transfer and Entropy Generation Abilities of MWCNTs/GNPs Hybrid Nanofluids in Microtubes”, Entropy, 21, 480, 2019.

APA	KARABULUT K, OCAK N (2022). Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi. , 17 - 27.
Chicago	KARABULUT KORAY,OCAK Nihat Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi. (2022): 17 - 27.
MLA	KARABULUT KORAY,OCAK Nihat Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi. , 2022, ss.17 - 27.
AMA	KARABULUT K,OCAK N Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi. . 2022; 17 - 27.
Vancouver	KARABULUT K,OCAK N Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi. . 2022; 17 - 27.
IEEE	KARABULUT K,OCAK N "Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi." , ss.17 - 27, 2022.
ISNAD	KARABULUT, KORAY - OCAK, Nihat. "Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi". (2022), 17-27.

APA	KARABULUT K, OCAK N (2022). Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi. Tesisat Mühendisliği, 0(191), 17 - 27.
Chicago	KARABULUT KORAY,OCAK Nihat Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi. Tesisat Mühendisliği 0, no.191 (2022): 17 - 27.
MLA	KARABULUT KORAY,OCAK Nihat Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi. Tesisat Mühendisliği, vol.0, no.191, 2022, ss.17 - 27.
AMA	KARABULUT K,OCAK N Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi. Tesisat Mühendisliği. 2022; 0(191): 17 - 27.
Vancouver	KARABULUT K,OCAK N Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi. Tesisat Mühendisliği. 2022; 0(191): 17 - 27.
IEEE	KARABULUT K,OCAK N "Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi." Tesisat Mühendisliği, 0, ss.17 - 27, 2022.
ISNAD	KARABULUT, KORAY - OCAK, Nihat. "Isıl Bir Sistemde GO-Su Nanoakışkanının Entropi Üretimi ve Ekserji Davranışının İncelenmesi". Tesisat Mühendisliği 191 (2022), 17-27.