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: 150
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
- 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
- Ponza taşı takviyeli sintaktik köpük metalin üretimi, fiziksel ve mekanik özelliklerin incelenmesi
Pumice stone added syntactic foam metal production, physical and mechanical properties analysis
GÖKHAN BİLGE
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ GÖKŞENLİ
- Development of an open-architecture process control system for the direct metal laser sintering (DMLS)
Başlık çevirisi yok
SYED SHAHİD MUSTAFA
Doktora
Türkçe
2021
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Elektrospinning tekniği ve UV ışımasının eşzamanlı olarak uygulanması ile nanofiber membranların uygulanması hazırlanması ve kıymetli metallerin adsorpsiyonunda
Preparation of nanofiber membranes by the implementation of electrospinning technique and UV radiation simultaneously and application on adsorption of precious metals
BİHTER ZEYTUNCU
Doktora
Türkçe
2014
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN AKMAN
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
- Talaş kaldırma işleminin sonlu elemanlar yöntemi yardımıyla analizi
Başlık çevirisi yok
VAHİT KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUZAFFER ERTEN