Dizel Bir Motorun Soğutma Sisteminde Nano-Akışkan Kullanımının Soğutmaya Etkisinin Teorik Analizi

Kemal BİLEN; Hakan Zafer KIZILKAYA; Nazlı Hazal KIZILKAYA

Makale detayları

Dizel Bir Motorun Soğutma Sisteminde Nano-Akışkan Kullanımının Soğutmaya Etkisinin Teorik Analizi

Yazarlar:

Kemal BİLEN | Hakan Zafer KIZILKAYA | Nazlı Hazal KIZILKAYA

Yayıncı:

TMMOB Makina Mühendisleri Odası

Ana Başlıklar:

Uygulamalı fizik

Dergi:

Mühendis ve Makina 2022 Vol.63 Issue 707, pp.250-278

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

6/2022

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2000600065

Sıklık:

Üç Aylık

eISSN:

2667-7520

pISSN:

1300-3402

Özet:

 

Cooling of internal combustion engines are necessary to prevent reaching high temperatures that would damage the engine block. For this reason, studies on more efficient cooling of internal combustion engines are frequently encountered in the literature. This becomes even more important if the internal combustion engine is supercharged. These engines are mostly cooled by liquid fluids, while some are cooled by air. Considering this point, in this theoretical study, effect of using of water, water + Al2O3, water + CuO, ethylene glycol, water + ethylene glycol, water + ethylene glycol + Al2O3 or water + ethylene glycol + CuO in the cooling system of a diesel engine on the amount of heat removed is investigated, respectively. In daily life, considering that the freezing temperature of water is relatively higher than the freezing temperature of ethylene glycol, water + ethylene glycol mixture is used instead of single water in engine cooling systems. Considering this situation, in this study, usage of water-ethylene glycol mixture and usage of single water or usage of various nano-fluids are thermally compared. For this aim, primarily, the effect of nano-particle volumetric ratio in the mixtures on the thermophysical properties such as density, specific heat, and thermal conductivity of the related nano-fluid is investigated. Then, using these new thermophysical properties, the effect of fluid or nano-fluid on the amount of heat to be removed from the engine block is investigated. According to this; among the examined fluids, the fluid with the highest density is 47.5% water + 47.5% ethylene glycol + 5% CuO, while water has the highest specific heat. The highest value among the thermal conductivity values that are calculated using various relations belongs to 49.75% water + 49.75% ethylene glycol + 0.5% CuO fluid according to the Wasp Model. The fluid with the highest mass flow rate is 47.5% water + 47.5% ethylene glycol + 5% CuO fluid which has the highest density. According to these data, the usage of nano-fluids provided an increase nearly as 15% in the amount of heat removed from the engine block thanks to increasing in density and specific heat.

 

İçten yanmalı motorların soğutulması, motor bloğuna zarar verecek seviyedeki yüksek sıcaklıklara ulaşılmasını önlemek için gereklidir. Bu nedenle literatürde, içten yanmalı motorların daha etkin soğutulabilmesine ilişkin çalışmalara sıklıkla rastlanmaktadır. İçten yanmalı motorun, aşırı doldurmalı olması durumunda bu husus daha büyük bir önem kazanmaktadır. Bu motorlar, çoğunlukla sıvı akışkanlar ile soğutulurken bazıları hava ile soğutulur. Günlük yaşamda etilen glikolün donma sıcaklığının, suyun donma sıcaklığına göre nispeten düşük oluşu göz önünde bulundurularak motor soğutma sistemlerinde, sadece su yerine, su + etilen glikol karışımı kullanılır. Ayrıca, akışkanlara karıştırılan nano-parçacıkların genel olarak akışkanların termofiziksel özeliklerini iyileştirdiği bilinir. Bu hususlar göz önüne alınarak bu teorik çalışmada, dizel bir motorun soğutma sisteminde sırasıyla; su, su + Al2O3, su + CuO, etilen glikol, su + etilen glikol, su + etilen glikol + Al2O3 veya su + etilen glikol + CuO akışkan veya nano-akışkanların kullanımının, motor bloğundan çekilen ısı miktarına etkisi incelenmiştir. Böylece bu çalışmada, su + etilen glikol karışımının kullanımı ile sadece suyun kullanımı veya çeşitli nano-akışkanların kullanımı, ısıl bakımdan mukayese edilmiştir. Bunun için öncelikle, karışımlardaki nano-parçacık hacimsel oranının; ilgili nano-akışkanın yoğunluk, özgül ısı ve ısı iletim katsayısı gibi termofiziksel özeliklerine etkisi incelenmiştir. Daha sonra, bu yeni termofiziksel özelikler kullanılarak akışkan veya nano-akışkanın, motor bloğundan çekilecek ısı miktarına etkisi incelenmiştir. Buna göre; incelenen akışkanlar arasında en yüksek yoğunluğa sahip akışkan %47.5 su + %47.5 etilen glikol + %5 CuO iken, en yüksek kütlesel özgül ısıya su sahiptir. Çeşitli bağıntılar kullanılarak hesaplanan ısı iletim katsayıları arasındaki en yüksek değer, Wasp Modeli’ne göre %49.75 su + %49.75 etilen glikol + %0.5 CuO akışkanına aittir. Kütlesel debisi en yüksek olan akışkan ise, doğal olarak yoğunluğunun yüksek oluşu nedeniyle  %47.5 su + %47.5 etilen glikol + %5 CuO akışkanıdır. Bu verilere göre nano-akışkan kullanımı, yoğunluktaki artış nedeniyle motor bloğundan çekilen ısı miktarında yaklaşık %15 artış sağlamıştır.

Makale detayları

Dizel Bir Motorun Soğutma Sisteminde Nano-Akışkan Kullanımının Soğutmaya Etkisinin Teorik Analizi

Yazarlar: Kemal BİLEN | Hakan Zafer KIZILKAYA | Nazlı Hazal KIZILKAYA

Yayıncı: TMMOB Makina Mühendisleri Odası

Ana Başlıklar: Uygulamalı fizik

Dergi: Mühendis ve Makina 2022 Vol.63 Issue 707, pp.250-278

Belge Tipi: Makale

Yayın Tarihi: 6/2022

Belge Dili: Türkçe

Document ID (Org No.): 2000600065

Sıklık: Üç Aylık

eISSN: 2667-7520

pISSN: 1300-3402

Sayı

Yazarlar:

Kemal BİLEN | Hakan Zafer KIZILKAYA | Nazlı Hazal KIZILKAYA

Yayıncı:

TMMOB Makina Mühendisleri Odası

Ana Başlıklar:

Uygulamalı fizik

Dergi:

Mühendis ve Makina 2022 Vol.63 Issue 707, pp.250-278

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

6/2022

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2000600065

Sıklık:

Üç Aylık

eISSN:

2667-7520

pISSN:

1300-3402