Multi-dimensional modelling of evaporation in the micro region of a micro grooved heat pipe
Mikro kanallı bir ısı borusunun mikro bölgesindeki buharlaşmanın çok boyutlu modellenmesi
- Tez No: 418325
- Danışmanlar: PROF. DR. ZAFER DURSUNKAYA, PROF. DR. IŞIK HAKAN TARMAN
- 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: 165
Özet
Yüksek ısı atım değerlerine sahip elektronik bileşenlerin soğutulmasında kılcal sıvı taşınması prensibi kullanarak soğutma sağlayan cihazlar tercih edilmektedir. Isı borularında kılcal taşınmayı sağlayan çeşitli fitil yapıları mevcuttur. Mikro oluklu kanalları fitil yapısı olarak kullanan ısı boruları basit geometrilerinin analitik ve sayısal modellemeyi kolaylaştırması sebebiyle araştırmacılar tarafından sıklıkla çalışılmaktadır. Sıvı-gaz serbest yüzeyinin oluk duvarının ucu ile birleştiği nokta yakınında, literatürde genellikle mikro bölge olarak bilinen, esnemiş bir menisküs geometrisi oluşmaktadır. Mikro bölgedeki buharlaşan ince film tabakası düşük ısı direnci sebebiyle dikkate değer oranda buharlaşmanın gerçekleştiği bir bölgedir. Literatürde, buharlaşma modelleri genellikle tek yönlü sıvı akışı durumuna göre oluşturulmuştur. Bu çalışmada ise, üç yönden de sıvı akışı göz önüne alınmıştır. Çalışmaya, tek yönlü sıvı akışına bağlı yaklaşımın, ayrılma basınıcının yeterince düşük olduğu bir noktada tanımlanan başlangıç koşulları kullanılarak, modellenmesiyle başlanmıştır. Literatürdeki pek çok çalışmadan farklı olarak, deforme olmamış menisküs yarıçapını tutturmak amacıyla, çözüm sırasında sınır koşullarıyla oynamalar yapılmamıştır. Tek yönlü sıvı akışına bağlı modelin sonuçları, problemde ele alınan fiziksel sisteme göre, film kalınlığı profilinin eğriliğinin işaret değiştirip içeri yönlü bükülebildiğini göstermiştir. Tek yönlü modeli takiben, dik yöndeki sıvı akışının etkisini de işin içine katmak için, momentum denklemleri spektral element yöntemi ile çözülmüştür. İki yönlü akışa bağlı modelin uygulanması sonucunda film kalınlığı dağılımının veya girişteki kütle akışı miktarının çok değişmemesine rağmen, mikro bölgede dikey hız dağılımın belirlenmesi, problemin altında yatan fiziksel mekanizmayı anlamayı kolaylaştırmıştır. Son olarak, eksenel yöndeki akışın buharlaşmaya olan katkısı, eksenel hız dağılımının spektral element yöntemi ile çözülmesiyle araştırılmıştır ve eksenel yöndeki akışın buharlaşmaya önemli bir etkisinin olmadığı bulunmuştur. Belirli bir sıcaklık farkında daha düşük temas açılarına sahip sistemlerin daha yüksek ısı atma kapasitesilerine sahip oldukları belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Capillary cooling devices are preferred in heat removal from electronic components which are characterized by high heat dissipation rates. Heat pipes use various wick structures to generate the necessary capillary action. Heat pipes that use grooved micro-channels as wick structures, have been widely studied by researchers due to the fact that their simple geometry enables the modelling of fluid flow and heat transfer both analytically and numerically. Near the attachment point of liquid-vapor free surface to the groove wall tip, there exists an extended meniscus geometry which is generally known as the micro region. The low thermal resistance across the evaporating thin film of the micro region enables high heat transfer rates, and a considerable amount of the evaporation originates from this region. In the literature, evaporation has been modelled using the unidirectional flow assumption of the liquid. In the present study, the three directions of the liquid flow are considered. This thesis solves the evaporation in the micro region with the unidirectional flow model starting from a location where the effect of disjoining pressure is small. Unlike many studies in the literature, the boundary conditions defined at the starting point are not tuned during the solution procedure to match the undisturbed meniscus radius. The results of the unidirectional flow based model reveal that the curvature of the film thickness profile may change its sign and bends inward near the contact line depending on the physical system considered in the problem. Following unidirectional model, the present study applies the spectral element method to solve the linear momentum equations in order to get the effect of vertical flow of the liquid. Although the amount of inlet mass flow or the film thickness profile is not changed substantially with the application of bi-directional flow based evaporation model, determination of the distribution of vertical velocity in the micro region enables understanding of the underlying physical phenomena. Finally, the contribution of the axial flow to evaporation is investigated by solving the distribution of axial velocity using spectral element method and the contribution of the axial flow to evaporation is found to be negligible. Systems which form small apparent contact angles at a definite superheat, are found to have higher heat removal capacity.
Benzer Tezler
- Havuz kaynaması sırasında kabarcık oluşumunun sayısal yöntemle incelenmesi
Numerical study of bubble growth during nucleate pool boiling
MERT TÜRKELİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İSMAİL YALÇIN URALCAN
- Farklı boru tiplerinde yoğuşma ısı transferi karakteristiklerinin makine öğrenmesi algoritmaları ile incelenmesi
Investigation of condensation heat transfer characteristics in different pipe types using machine learning algorithms
BÜŞRA SELENAY ÖNAL
Doktora
Türkçe
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET SELİM DALKILIÇ
PROF. DR. OKTAY ÖZCAN
- Dizel motor emisyonlarının hesaplamalı akışkanlar dinamiği yardımıyla çok boyutlu modellenmesi ve analizi
Multi – dimensional modelling and analyzing of diesel engine emissions using computational fluid dinamics
SELİN TUĞBA ACUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET METİN ERGENEMAN
- Development of a CFD assisted 3-D modeling and analysis methodology for grooved heat pipe design and performance assessment
Oluklu ısı borusu tasarımı ve performans değerlendirmesi için had destekli 3 boyutlu analiz metodolojisi geliştirilmesi
GÖKAY GÖKÇE
Doktora
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAFER DURSUNKAYA
- Numerical modeling and analyses of anisotropic diffusion and stresses in polymer electrolyte fuel cell
Polimer elektrolit yakıt hücresinde anizotropik difüzyon ve streslerin sayısal modellemesi ve analizleri
MEHDI MEHRTASH
Doktora
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLKER TARI