Fin optimization in a flow field induced by piezoelectric fan
Piezoelektrik fan kullanılarak oluşturulan bir akış alanında fin optimizasyonu
- Tez No: 518803
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ÖZGÜR EKİCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Son yıllarda, geleneksel fanlara alternatif olarak piezoelektrik fanlar zorlanmış iletimsel ısı transferi uygulamaları için araştırılmıştır. Bu fanlar, temel olarak, bir piezoelektrik ve bir piezoelektrik olmayan parça içerir. Alternatif akım uygulandığında, piezoelektrik parça belirli bir alternatif akım frekansında belirli bir genlikte titreşir. Bu çalışmada, fin eniyileme problemi için bir piezoelektrik fan yardımıyla zorlanmış iletimsel ısı transferi araştırılmıştır. Ticari bir CFD çözümleyicisi olan Ansys Fluent 17.2 kullanılarak CFD yaklaşımı ile 3 boyutlu bir sayısal model uygulanmaktadır. Bu modelde, bilinen bir hareket fonksiyonuna sahip bir piezoelektrik fan, ilk olarak yatay fan düzenlemesi ile hava akışı oluşturmak üzere zaman etki alanında benzeşim yapılmıştır. Oluşan hava akışı piezoelektrik fanın belirli bir mesafesine yerleştirilen bir fin bloğuna yönlendirilmiştir. Bir tasarım parametresi olarak, fin bloğundaki finlerin sayısı arttırılmıştır. Fin kanalı, eşlenik silindirik finlerin yan yana eklenmesiyle oluşturulmuştur. Eşlenik finlerin sayısı 1'den 10'a çıkarılarak 10 farklı fin bloğu konfigürasyonu elde edilmiştir. Bu çalışmada, uygulanan iki sınır şartı bulunmaktadır. İlk sınır şartı olarak uygulanan toplam ısı miktarı sabit tutulmuştur. Her konfigürasyonda, sınır koşulu olarak fin blokun tabanına 0.8064 W ısı uygulanır. İkinci sınır şartında uygulanan ısı akısı sabit tutulmuştur. Her konfigürasyonda 50400 W/m2 ısı akışı sınır koşulu olarak fin bloğun tabanına uygulanır. Fin bloklarının ortalama yüzey sıcaklığı, doğal ve zorlanmış konveksiyon arasındaki ortalama yüzey sıcaklıkları farkı, ısı transfer artış oranı ve fin blokların ortalama taban sıcaklığı karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmanın nihai sonucu, her kriter için optimum fin sayısıdır. Isı transferi artış oranı değerlendirildiğinde toplam sabit ısı sınır koşulu için 2 finli konfigürasyon en iyi sonucu verirken; sabit ısı akısı sınır koşulunda 1 finli konfigürasyon en iyi sonucu vermektedir. Ayrıca dikey fan düzenlemesi kullanılmış ve dikey fan düzenlemesine ait sonuçlar belirtilen fin konfigürasyonu için yatay fan düzenlemesi ile karşılaştırılmıştır. Çalışılan fin geometrisi için, yatay fan yerleşiminin dikey fan yerleşimine göre tüm fin konfigürasyonları için daha iyi bir soğutma performansı sağladığı görülmüştür.
Özet (Çeviri)
In recent years, piezoelectric fans have been investigated for forced convection heat transfer applications as an alternative to conventional fans. Basically, it consists of a piezoelectric and a non-piezoelectric patch. When AC current is applied, piezoelectric part vibrates with a certain amplitude at that specific AC frequency. In this study, forced convection heat transfer driven by a piezoelectric fan is investigated for fin optimization problem. A 3-dimensional numerical model is implemented with CFD approach employing a commercial CFD solver: Ansys Fluent 17.2. In this model, a piezoelectric fan with a known movement function is simulated in time domain to generate air flow first with a horizontal fan arrangement. The generated air flow is directed to a fin block which is placed at a certain distance from the piezoelectric fan. As a design parameter, the number of fins in fin block is increased. The fin block is formed by attaching conjugated cylindrical fins side by side. The number of conjugated fins is increased from 1 to 10, resulting in 10 different fin block configurations. In this study, there are two boundary conditions applied. Firstly, the total amount of applied heat remains the same. In each configuration 0.8064 W heat is applied to the base of fin block as a boundary condition. Secondly, the applied heat flux remains the same. In each configuration 50400 W/m2 heat flux is applied to the base of fin block as a boundary condition. The average surface temperature of fin blocks, the average surface temperature difference between natural and forced convection, heat transfer augmentation ratio and average base temperature of fin blocks are compared. This comparison results in the optimum number of fins for each criterion. When the heat transfer augmentation ratio is evaluated, the 2-fin-block configuration for the constant total heat boundary condition and the 1-fin-block configuration for the constant heat flux boundary condition gives the best results, respectively. Additionally, a vertical fan arrangement is employed and the results are compared to a horizontal fan arrangement for a specified fin configuration. For the studied fin geometry the horizontal fan arrangement is found to provide better cooling performance in all fin configurations compared to the vertical fan arrangement.
Benzer Tezler
- Çapraz akışlı (HRV) sisteminde farklı kanatçıkların ısı ve akışın deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the heat and flow in a cross-flow (HRV) heat exchanger system
MANSOUR NASIRI KHALAJI
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İSAK KOTCİOĞLU
- Optimization of a heat sink with heterogeneous heat flux boundary condition
Heterojen ısı akılı sınır koşullu soğutucu optimizasyonu
EREN TURGUT
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALMILA GÜVENÇ YAZICIOĞLU
- Farklı polipropilen matris ve silisyum karbür katkı oranlarına sahip polimer kompozit fiberlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of polymer composite fibers with different polypropylene matrix and silicon carbide additive ratios
ALİ YERLİYURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK ÖZKAL
- Bilgisayar yardımıyla ısı değiştiricisi tasarımı
Computer aided design of heat exchangers
ÖMÜR MURAT ÇETECİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEM PARMAKSIZOĞLU
- Kanatlı borulu ısı değiştiricisinin bilgisayar yardımıyla matematik modellenmesi
Computer aided design of fin-round type heat exchangers
ERDAL YALÇIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. HASAN HEPERKAN