Implementation of metal-based microchannel heat exchangers in a microrefrigeration cycle, and numerical and experimental investigation of surface roughness effects on flow boiling
Metal tabanlı mikrokanallı ısı değiştiricilerin bir mikro soğutma çevrimine uygulanması; yüzey pürüzlüğünün buharlaşmaya etkisinin sayısal ve deneysel incelemesi
- Tez No: 416455
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HANİFE TUBA OKUTUCU ÖZYURT, YRD. DOÇ. DR. HAKKI ÖZGÜR ÜNVER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yüksek yoğunluklu elektronik bileşenlerin olası soğutma uygulamaları için mikro ölçekli bir buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi kurulmuştur. Mikro-buharlaştırıcı ve mikro-yoğuşturucu bileşenleri, sırasıyla tel erozyon ve mikro- frezeleme yöntemleri ile üretilmiştir. Yüzey pürüzlülüğünün mikrokanallarda akış tipi kabarcıklı kaynamaya etkisinin deneysel ve sayısal incelemesi için, farklı yüzey pürüzlüğünde üç mikro-buharlaştırıcı test bileşeni üretilmiştir. Çalışmanın sayısal kısmında, mikrokanallardaki buharlaşmayı benzetimlemek için iki farklı tekniğe yer verilmiştir. Öncelikle, bir mikrotüpte buharlaşmış ve uzamış kabarcığın, ve birbirini izleyen iki kabarcığın hidrodinamik ve ısıl niteliklerini araştırmak için Rastgele Lagrange-Euler (Arbitrary Lagrangian-Eulerian) yöntemi kullanılmıştır. Ardından faz-alan (phase field) yöntemi ile, ilk kez, yüzey pürüzlülüğünün bir ön modeli olarak farklı büyüklüklerde oyuklara sahip mikrokanallarda doymuş ve soğutulmuş suyun kaynaması benzetimlenmiştir. Mikro-buharlaştırıcının oksijensiz bakır kanallarında farklı yüzey pürüzlükleri yaratmak için değişik süreç parametrelerini içeren üretim deneyleri yapılmıştır. Çalışmanın deneysel değerlendirme kısmında, aynı boyutlarda olan, ancak farklı yüzey pürüzlüğüne sahip üç mikro-buharlaştırıcının ısı geçiş ve hidrodinamik performansı, uygulanan çeşitli ısı ve kütle akılarında karşılaştırılmıştır. Soğutkan olarak, 10°C doyma sıcaklığında, 85 kg/(m2•s) ve 200 kg/(m2•s) kütle akılarında R134a kullanılmıştır. Sonuçlar, yüzey pürüzlülüğünün, 0 ile 48 W/cm2 arasında değişen düşük/orta ısı akısı değerlerinde iki fazlı ısı transfer katsayısında %45'e varan bir artış sağladığını ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
A microscale vapor compression refrigeration cycle has been constructed for possible application in the thermal management of compact electronic components. The micro-evaporator and micro-condenser components have been fabricated using wire electron discharge machining and micromilling, respectively. Three micro-evaporators have been manufactured with different surface roughness for the experimental and numerical investigation of roughness effect on nucleate flow boiling in microchannels. In the numerical part of the study, two different techniques have been employed to simulate the evaporation in the microchannels. Firstly, the Arbitrary Lagrangian-Eulerian Method is used to investigate the hydrodynamics and heat transfer characteristics of a vaporized elongated bubble, and two successive bubbles in a microtube. Then, phase-field method is utilized, uniquely, for the simulation of saturated and subcooled water boiling in the microchannels with different size of cavities as a preliminary model for the surface roughness. Manufacturing experiments with various process parameters have been conducted to create the different surface roughness values in the oxygen free copper micro-evaporator channels. In the experimental evaluation part, the hydrodynamics and heat transfer performance of the three microchannel evaporators of the same dimensions and different surface roughness have been compared at variously imposed heat fluxes and mass fluxes. R134a has been used as the refrigerant with saturation temperature of 10°C at mass fluxes of 85 and 200 kg/(m2∙s). The results demonstrated that roughness yields up to 45% enhancement in two-phase heat transfer coefficient at low to moderate heat flux values ranging from 0 to 48 W/cm2.
Benzer Tezler
- Implementation of metal-based microchannel heat exchangers in a microrefrigeration cycle, and numerical and experimental investigation of surface roughness effects on flow boiling
Metal tabanlı mikrokanallı ıs değiştiricilerin bir mikro soğutma çevirimine uygulanması; yüzey pürüzlüğünün buharlaşmaya etkisinin sayısal ve deneysel incelemesi
RAHIM JAFARI
Doktora
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANİFE TUBA OKUTUCU ÖZYURT
DOÇ. DR. HAKKI ÖZGÜR ÜNVER
- Karbür takımlar üzerinde oluşturulan mikrokanalların takım aşınması ve tezgah kuvvetleri üzerine etkisi
Effects of microchannels on carbide cutting tools on tool wear and cutting forces
CANER DOKEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CANAN GAMZE GÜLERYÜZ PARASIZ
- Observation of liquid metal actuation in microfluidic channels and implementation to tunable RF inductors
Mi̇kroakışkan kanallarda sıvı metal aktivasyonunun gözlemlenmesi̇ ve ayarlanabi̇li̇r RF indüktörde uygulanması
YUSUF DOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTexas A&m UnıversıtyElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. CHRISTI K. MADSEN
- Nesnelerin interneti tabanlı evde sağlık monitörleme sisteminin gerçekleştirilmesi
Implementation of internet of things based home health monitoring system
SELÇUK ALTINAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. VEYSEL GÖKHAN BÖCEKÇİ
PROF. DR. HAYRİYE KORKMAZ
- Açık kaynak kodlu OpenRISC tabanlı kırmık üstü sistemlerin gerçeklenmesi ve uygulamaları
Implementation and applications of open source OpenRISC based SOC's
LATİF AKÇAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SIDDIKA BERNA ÖRS YALÇIN