Geri Dön

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

  1. Tez No: 489538
  2. Yazar: METİN BİLGEHAN TURGAY
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ALMILA GÜVENÇ YAZICIOĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 260

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

  1. 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

    İngilizce

    2024

    Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BAYRAM ÇELİK

  2. Serbest yüzey yakınına yerleştirilmiş silindirler etrafında akış ve ısı geçişinin incelenmesi

    Investigation of flow and heat transfer around cylinders located near the free surface

    ÖZGE YETİK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    EnerjiEskişehir Osmangazi Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NECATİ MAHİR

  3. Basınçlı su reaktörleri U borulu buhar üreteçlerinin termo-hidrolik modellenmesi

    Thermal-hydraulic analysis of U-tube steam generators for gressurized water reactors

    SÜLEYMAN ÖZKAYNAK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1991

    Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. HASBİ YAVUZ

  4. 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

    Türkçe

    2023

    Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. UĞUR ORAL ÜNAL

  5. Mikro gaz türbin kanatlarında efüzyon soğutma için analizler yapılması ve indirgenmiş model geliştirilmesi

    Development of reduced order model and simulations for effusion cooling of mikro gas turbine blades

    SÜLEYMAN FATİH KIRMIZIGÖL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Makine Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SERCAN ACARER