GO-SU NANOAKIŞKANININ ÇALIŞMA ŞARTLARINA BAĞLI OLARAK ENTROPİ ÜRETİMİ VE EKSERJİ KAZANIMININ ARAŞTIRILMASI
DOI:
https://doi.org/10.5281/zenodo.8198595Anahtar Kelimeler:
Entropi üretimi; Ekserji kazanımı; GO-Su nanoakışkanı; 2. yasa verimiÖzet
Bir ısıl sistemin entropi ve ekserji analizi, sistemin en uygun çalışma şartlarını belirlemek için kullanılabilecek en güçlü araçlardan biridir. Ekserji, kullanılabilirliğin bir ölçüsü iken; sistemdeki entropi üretimi kullanılabilirliği yani ekserjiyi azaltmaktadır. Bu nedenle, entropi ve ekserji birbirine zıt iki olgudur ve sistemin yüksek verimli olarak çalışabilmesi için kontrol altında tutulmaları gerekmektedir. Bu çalışmada, GO (Grafen Oksit)-Su nanoakışkanı kullanılan sabit ısı yüklü, 12 mm iç çaplı ve 1830 mm uzunluklu bakır düz bir borudan oluşan deneysel bir ısıl sisteminin entropi üretimi ve ekserji kazanımı analizi gerçekleştirilmiştir. Bakır boruya uygulanan ısı yükleri 250 W ve 350 W iken, boruda akan akışkanların debi değerleri 0,9 l/dak., 1,2 l/dak., 1,5 l/dak. ve 1,8 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, 12 mm iç çaplı bakır boru uzunluğu boyunca ısıl ve sürtünme entropi üretimi, çıkış ekserjisi ve 2. yasa veriminin değişimleri olarak ayrıntılı bir şekilde değerlendirilmiş ve en uygun çalışma şartları belirlenmiştir. Sonuçlar, 250 W ısı yükünde ve 0,9 l/dak.’ lık debide boru boyunca ortalama olarak %0,02 GO-Su nanoakışkan konsantrasyonunda %0,01 GO-Su nanoakışkan konsantrasyonuna göre entropi üretiminde %93,43’ lük azalma olduğunu göstermiştir. Ayrıca, 1,8 l/dak.’ lık debide 0,9 l/dak.’ lık debi değerine göre %0,01 GO-Su nanoakışkanının ekserjisi %58 daha fazla olup; 1,8 l/dak.’ lık debide nanoakışkanın ikinci yasa veriminin 0,9 l/dak. debi değerinden %7,15 daha fazla olduğu belirlenmiştir.
Referanslar
Ahammed, N., Asirvatham, L.G., Wongwises, S. (2016). Entropy generation analysis of graphene-alumina hybrid nanofluid in multiport minichannel heat exchanger coupled with thermoelectric cooler. Int J Heat Mass Transfer, 103: 1084-1097.
Bejan, A. (1979). A study of entropy generation in fundamental convective heat transfer. J Heat Transfer, 101: 718-725.
Bejan, A. (1996). Entropy generation minimization, the method of thermodynamic optimization of finite-size systems and finite-time processes, J Appl Phys., 79: 1191.
Godson, L., Raja, B., Lal, D.M., Wongwises, S. (2010). Enhancement of heat transfer using nanofluids-an overview. Renew Sust Energy Rev., 14: 629-641.
Goudarzi, N., Talebi, S. (2015). Improving performance of two-phase natural circulation loops by reducing of entropy generation. Energy, 93: 882-899.
Hajjar, Z., Rashidi, A., Ghozatloo, A. (2014). Enhanced thermal conductivities of graphene oxide nanofluids. Int Comm Int Heat and Mass Trans., 57: 128-131.
Herwig, H., Wenterodt, T. (2011). Second law analysis of momentum and heat transfer in unit operations. Int J Heat Mass Transfer, 54: 1323-1330.
Hummers, W.S., Offeman, R.E. (1958). Preparation of graphitic oxide. J Am Chem Soc., 80: 1339.
Hussien, A.A., Abdullah, M.Z., Yusop, N. Md., Al-Kouz, W., Mahmoudi, E., Mehrali, M. (2019). Heat transfer and entropy generation abilities of MWCNTs/GNPs hybrid nanofluids in microtubes. Entropy, 21: 480.
Ji, Y., Zhang, H.C., Tong, J.F., Wang, X.W., Wang, H., Zhang, Y.N. (2016). Entropy assessment on direct contact condensation of subsonic steam jets in a water tank through numerical investigation. Entropy, 18: 21.
Ji, Y., Zhang, H.C., Yang Shi, L. (2017). Entropy generation analysis and performance evaluation of turbulent forced convective heat transfer to nanofluids. Entropy, 19: 108.
Karami, M., Shirani, E., Avara, A. (2012). Analysis of entropy generation, pumping power and tube wall temperature in aqueous suspensions of alumina particles. Heat Transfer Res, 43: 327-342.
Keklikcioğlu, O. (2021). Entropy generation analysis of a heat exchanger tube with graphene-ıron oxide hybrid nanofluid. Eur J Sci Tech., 24: 398-404.
Khalkhali, H., Faghri, A., Zuo, Z.J. (1999). Entropy generation in a heat pipe system. Appl Therm Eng., 19: 1027-1043.
Khaleduzzaman, S.S., Sohel, M.R., Saidur, R., Mahbubul, I.M., Shahrul, I.M., Akash, B.A., Selvaraj, J. (2014). Energy and exergy analysis of alumina–water nanofluid for an electronic liquid cooling system. Int Commun Heat Mass Transfer, 57: 118-127.
Khaleduzzaman, S.S., Sohel, M.R., Mahbubul, I.M., Saidur, R., Selvaraj, J. (2016). Exergy and entropy generation analysis of TiO2-Water nanofluid flow through the water block as an electronic device. Int. J. Heat Mass Transfer, 101: 104-111.
Korei, Z., Benissaad, S. (2021). Turbulent forced convection and entropy analysis of a nanofluid through a 3D 90° elbow using a two‐phase approach. Heat Transfer, 50: 1-31.
Leong, K.Y., Saidur, R., Mahlia, T.M.I., Yau, Y.H. (2012). Entropy generation analysis of nanofluid flow in a circular tube subjected to constant wall temperature. Int Commun Heat Mass Transfer, 39: 1169-1175.
Mahmud, S., Fraser, R.A. (2002). Thermodynamic analysis of flow and heat transfer inside channel with two parallel plates. Exergy An Int J., 2: 140-146.
Mahmud, S., Fraser, R.A. (2003). The second law analysis in fundamental convective heat transfer problems. Int J Thermal Sci., 42: 177-186.
Mehrali, M., Sadeghinezhad, E., Rosen, M.A., Akhiani, A.R., Latibari, S.T., Mehrali, M., Cornelis Metselaar, H.S. (2015). Heat transfer and entropy generation for laminar forced convection flow of graphene nanoplatelets nanofluids in a horizontal tube. Int Comm Heat and Mass Transfer, 66: 23-31.
Moghaddami, M., Shahidi, S., Siavashi, M. (2012). Entropy generation analysis of nanofluid flow in turbulent and laminar regimes. J Comput Theor Nanosci, 9: 1586-1595.
Myat, A., Thu, K., Kim, Y.D., Chakraborty, A., Chun, W., Ng, K.C. (2011). A second law analysis and entropy generation minimization of an absorption chiller. Appl Therm Eng., 31: 2405-2413.
Narendran, G., Bhat Mithilesh, M., Akshay, L., Arumuga Perumal, D. (2018). Experimental analysis on exergy studies of flow through a minichannel using TiO2/Water nanofluids. Therm Sci Eng Prog., 8: 93-104.
Novoselov, K., Geim, A.K., Morozov, S., Jiang, D., Grigorieva, M.K.I., Dubonos, S., Firsov, A. (2005). Two-dimensional gas of massless dirac fermions in graphene. Nature, 438: 197-200.
Pak, B.C., Cho, Y.I. (1998). Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles. Experimental Heat Transfer, 11: 151-170.
Pandey, S.D., Nem, V.K. (2012). Experimental analysis of heat transfer and friction factor of nanofluid as a coolant in a corrugated plate heat exchanger. Exp Therm Fluid Sci., 38: 248-256.
Saidur, R., Leong, K.Y., Mohammad, H.A. (2011). A review on applications and challenges of nanofluids. Renew Sust Energy Rev., 15: 1646-1668.
Schmandt, B., Herwig, H. (2011). Loss coefficients in laminar flows: essential for the design of micro flow systems. PAMM, 11: 27-30.
Singh, P.K., Anoop, K.B., Sundararajan, T., Das, S.K. (2010). Entropy generation due to flow and heat transfer in nanofluids. Int J Heat Mass Transfer, 53: 4757-4767.
Szargut, J., Morri, D.R., Steward, F.R. (1988). Exergy analysis of thermal, chemical and metallurgical processes. Hemisphere Pubs., New York, USA.
Taskesen, E., Tekir, M., Gedik, E., Arslan, K. (2021). Numerical ınvestigation of laminar forced convection and entropy generation of Fe3O4/water nanofluids in different cross-sectioned channel geometries. J Therm Eng., 7: 1752-1767.
Yu, W., Xie, H., Chen, L., Li, Y. (2010). Enhancement of thermal conductivity of kerosene-based Fe3O4 nanofluids prepared via phase-transfer method. Colloids and Surfaces A, 355: 109-113.
Wen, D., Lin, G., Vafaei, S., Zhang, K. (2009). Review of nanofluids for heat transfer applications. Particuology, 7: 141-150.
İndir
Yayınlanmış
Nasıl Atıf Yapılır
Sayı
Bölüm
Lisans
Telif Hakkı (c) 2023 EJONS INTERNATIONAL JOURNAL
Bu çalışma Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License ile lisanslanmıştır.
