3-d numerical simulations of fluid flow and heat transfer in various micro conduits
Çeşitli mikrokanallardaki akışkan akışı ve ısı transferinin 3 boyutlu sayısal simülasyonu
- Tez No: 489538
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALMILA GÜVENÇ YAZICIOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Isı geçişi, Yüzey pürüzlülüğü, Heat transfer, Surface roughness
- Yıl: 2017
- 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
Bu çalışmada, mikrokanallarda bulunan farklı konfigürasyonlardaki ve geometrik özelliklerdeki yüzey pürüzlülüğünün laminar akışa ve ısı transferine etkisinin sayısal olarak incelenmesi amaçlanmıştır. Bunun için düz yüzeyli kanallarla birlikte, farklı yüzey pürüzlülük özelliklerine sahip, iki boyutlu paralel plakalardan oluşan ve üç boyutlu eşkenar yamuk kesitli kanallar oluşturulmuştur. Akış ve ısı transferi simülasyonları COMSOL Multiphysics programı ile yapılmıştır. Yüzey pürüzlülüğü, iki boyutlu kanallarda, bir plakaya yerleştirilen üçgen şekilli çıkıntılar ile modellenirken, üç boyutlu kanallarda, silikon kanallarda oluşan doğal pürüzleri ve lotus yapraklarındaki mikro yapıları taklit edebilmek için, konik çıkıntılar ile modellenmiştir. Düz ve pürüzlü kanallar için sayısal olarak elde edilen sonuçlar hem birbirleriyle, hem de literatürde varolan sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Hem iki hem de üç boyutlu kanallarda, pürüzlerin uç noktalarna doğru, çevresel akış hızının artmasına bağlı olarak, yerel Nusselt sayılarında artış gözlemlenmiştir. Fakat, pürüzlerin taban kısımlarında ve pürüz elemanlarının arasında, konveksiyonla ısı transferini azaltan düşük hız bölgelerinin oluşması ve akışkan termal iletkenliğinin kanal çıkışına doğru artması nedeniyle yerel Nusselt sayısının azaldığı görülmüştür. Pürüzlü geometrilerdeki sürtünme karakteristikleri ise, oluşturulan yüzeylerin karmaşıklık seviyesiyle doğrusal olmayan bir davranış sergilemiştir. Pürüzlü geometrilerdeki akış analizlerde yaygın olarak kullanılan relatif yüzey pürüzlülüğü konseptinin, mikrokanallardaki pürüzlülüğün etkisini tanımlamak için yeterli olmadığı gösterilmiştir. Ayrıca, COMSOL Multiphysics programında kullanılan sayısal stabilizasyon metodlarının, ağ yapısında kullanılan elemanların seviyesinin ve bağıl hata seviyesinin mikroakışkan simülasyonlarından elde edilen sonuçlara etkisi de incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this work, it is aimed to investigate the effect of roughness geometrical properties and configurations on laminar flow and heat transfer characteristics in microchannels, numerically. For this purpose, two-dimensional parallel plate, and three-dimensional trapezoidal microchannels with different roughness properties are modeled along with the smooth ones. Fluid flow and heat transfer simulations are conducted with COMSOL Multiphysics. Roughness is modeled as triangular obstructions on one of the plates in two-dimensions, and conical obstructions in three-dimensions on the base of the trapezoidal channel, to mimic the natural roughness in silicon microchannels and microstructures on lotus leaves. Numerically obtained results, for smooth and rough channels, are compared with each other, and with the results that exist in the literature. It is found that, both in 2D and 3D tested geometries, local Nusselt number increases through the tip of the roughness elements due to increased velocity of the subjected flow. However, near the base of the roughness elements and between them, reduction in local Nusselt number is observed due to reduced velocity fields reduced convective heat flux in the fluid, and increased thermal conductivity of the fluid through the exit of the channels. Frictional characteristics of the tested rough geometries showed nonlinear behavior with the complexity of the surface parameters. It is shown that widely used relative roughness height concept is not enough to define the roughness effect in microchannels. Additionally, effects of stabilization methods, element discretization order, and relative tolerance level on the results of microfluidic simulations with COMSOL are investigated.
Benzer Tezler
- Numerical investigation of heat transfer in generic gas turbine blade with impingement cooling under high crossflow effect
Yüksek çapraz akış etkisi altında çarpma jet soğutmalı jenerik bir gaz türbini kanadında ısı transferinin sayısal incelenmesi
SEFA YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI
- Uzatılmış jet çarpmalı soğutmada dalgalı hedef yüzeyin ısı geçişine etkisinin nümerik olarak incelenmesi
Numerical investigation of the effect of wavy target surface on heat transfer in extended jet impact cooling
KADİRCAN KASAB
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UFUK DURMAZ
- Investigating conjugate heat transfer in a square cylinder via Lattice boltzmann method
Lattice boltzmann yaklaşımıyla kare silindirde birleşik ısı transferinin incelenmesi
AANIF HUSSAIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAYRAM ÇELİK
- Çukur yapıların yüzey sürtünme direncine olan etkilerinin hesaplamalı ve deneysel olarak incelenmesi
Experimental and computational investigation of the effect of dimpled surfaces on skin friction reduction
YASİN KAAN İLTER
Doktora
Türkçe
2023
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UĞUR ORAL ÜNAL
- Basınçlı su reaktörleri U borulu buhar üreteçlerinin termo-hidrolik modellenmesi
Thermal-hydraulic analysis of U-tube steam generators for gressurized water reactors
SÜLEYMAN ÖZKAYNAK