Yeni Nesil Nanoakışakanların Termofiziksel ve Isı Transferi Özelliklerini Araştırılması

Abstract

ÖZET Nanoakışkanlar, farklı nano boyutlu materyallerin bir baz sıvı içinde süspanse edilmesiyle üretilir ve genellikle ısıl performansı ve ısı transfer hızını artırmak için enerji sistemlerinde (ısı değiştiriciler vs.) kullanılır. Isı transferi uygulamalarında kullanılan nanoakışkanlarda gözlenen temel problem stabilitenin düşük olması ve kararsızlıklarıdır. Buna çözüm olarak en önemli metötlerden biri nanopartikül yüzey modifikasyon yöntemidir. Bu projede Fe3O4 nanoparçacıkları kimyasal işlemlere tabi tutulmuş ve yüzeysel modifikasyonu yapılmıştır. Fe3O4@SiO2, Fe3O4@SiO2@(CH2)3IM, ve Fe3O4@(CH2)3IM nanoparçacıkları olmak üzere üç farklı modifiye nanoparçacık sentezlenmiştir. Sentezlenmiş nanopartiküller kullanılarak %0,2 hacim oranında su bazlı nanoakışkanlar hazırlanmış ve nanoakışkanların stabilite analizi yapılmıştır. Saf su+Fe3O4 nanoakışkanı yaklaşık 1 hafta içinde tamamen çöktü. Modifiye edilmiş nanoakışkanlarda ise, bir miktar çökelme meydana gelmesine rağmen uzun süre sonra bile partiküllerin belirli bir miktarının çökmemesi gözlemlenmiştir. Bu kapsamda kararlılık analizleri için, SEM, XRD, EDS ve TEM gibi çeşitli analiz yöntemleri kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, Fe3O4@SiO2@(CH2)3IM+suyun dikkate değer bir stabiliteye sahip olduğu ortaya çıkmış ve ısı transferi deneyleri için seçilmiştir. İlk olarak nanoakışkanların termofiziksel özellikleri (termal iletkenlik ve viskozite) ölçülmüş ve suya karşılaştırıldığında istenilen iyileştirmenin sağlandığı ortaya konmuştur. Bir sonraki adımda, hazırlanan nanoakışkanın ısı transfer özelliklerini değerlendirmek için bir soğutma sistemi tasarlanmıştır. Bu kapsamda Peltier soğutma sistemi üretilmiş ve bu sistem gelişmiş nanoakışkan (Fe3O4@SiO2-mix-(CH2)3Cl@Imidazol)+su ile çalıştırılmıştır. Havadan nanoakışkana (air-to-nanofluid) soğutma sistemi tasarlanmış ve labratuvar koşullarında Peltier soğutma sisteminin performansı değerlendirilmiş ve geleneksel havadan suya (air-to-water) sistemle karşılaştırılmıştır. Nanoakışkanlar %0,2, %0,5 ve %1 olmak üzere üç farklı hacim yüzdesinde hazırlanmış ve daha sonra farklı çalışma koşullarında incelenmiştir. Bu çalışma hem deneysel hem de sayısal yöntemler kullanılarak incelenmiştir. Spiral ısı eşanjöründe akış yapısı ve sıcaklık dağılımı CFD yöntemlerle simüle edilmiştir.