Geri Dön

Yüksek en-boy oranlı düz dikdörtgen mikro kanallı ısı kuyularının sayısal ve deneysel incelenmesi

Experimental and numerical investigation of high aspect ratio straight rectangular microchannel

PDF İndir

  1. Tez No: 728399
  2. Yazar: MURAT PARLAK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ABUZER ÖZSUNAR, PROF. DR. ALİ KOŞAR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Gazi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 141

Özet

Elektronik soğutma ile ilgili problemlerin zorluğu son 20 yıldır artarak devam etmektedir. Buradaki en önemli etkenlerden biri, aygıtların boyutlarındaki küçülme gereksinimine bağlı olarak ısı akılarının artmasıdır. Isı atan veya ısınan elemanların elektriksel performansı sıcaklığı ile ters orantılı olmaktadır. Sıcaklığı kontrol edilemeyen elemanların zamanla performansı düşmekte ve ömrü sıcaklıkla azalmaktadır. Yapılan bu çalışmada, üretimi nispeten diğer desenlere göre daha kolay ve çok kullanılan düz dikdörtgen kanallı mikro kanallı ısı kuyusu sonlu hacimler metodu ile sayısal incelenmiş, sonrasında çalışmalar deneyler ile doğrulanmıştır. Bu çalışmada, ısı kuyusu tasarımında kanatçık en-boy oranı yüksek (büyük) olan kanallar seçilerek 100W/cm2 ısı akısının soğutulması hedeflenmiştir. Isı kuyusu genişliği ve uzunluğu 10 mm olarak sabit alınmıştır. En-Boy oranı dikdörtgen şekilli kanallarda gerek ısı transferinde gerekse basınç düşümlerinde oldukça etkin rol oynamaktadır. Bu sebeple, farklı en-boy oranlarında, ısıl iletkenliği iyi olan ve uygulamada çok yaygın olarak kullanılan Alüminyum 6063-T05 serisi malzeme ısı kuyusu olarak seçilmiştir. Akışkan olarak donma noktası düşük olması sebebiyle etilen glikol-saf su (EGW) karışımı seçilmiştir. Yapılan 216 farklı üç boyutlu konjuge analiz çalışması sonucunda, ısıl direnci Rth=0.2 W/C'nin altında kalan ve en küçük pompa gücüne ihtiyaç duyan tasarım optimum ısı kuyusu olarak seçilmiştir. Gereksinimleri sağlayan ısı kuyusunun kanal yüksekliği 2 mm, toplam kanatçık kalınlığı 120 m ve kanatçıklar arası mesafe 120 m olan tasarımdır ve 20 kPa basınç düşümünde en yüksek soğutma performansına sahiptir. Üretimi yapılan ısı kuyusu, hazırlanmış olan bir düzenekte farklı debiler için test edilmiş ve yapılan ilave analizler ile literatürdeki değerler karşılaştırılmıştır. Değişken Re sayısına bağlı olarak hesaplanan Nu, Rth ve h sayıları grafik halinde sunulmuştur. Hesaplanan deneysel değerler, sayısal değerlerden ve literatürdeki korelasyonlardan daha yüksek olduğu görülmüştür. Ayrıca kanal boyunca oluşan basınç düşümleri teori ile karşılaştırılmıştır ve deneyler ile elde edilen veriler daha yüksek bulunmuş.

Özet (Çeviri)

Due to the confined space allocated for cooling, the thermal problem of electronics has continuously increased for the last two decades. Every year, the equipment size gets smaller and its power dissipation goes up to obtain a compact and high-performance product. It is well known that the performance and life directly depend on the temperature. In this study, a straight rectangular microchannel has been studied due to its high performance and relatively easier producibility compared to other fin designs. In a rectangular channel, the channel aspect ratio is a very important parameter affecting both thermal and hydrodynamic performance. Because of this, a high aspect ratio channel has been deliberately studied to have high cooling performance and lower pressure drop. Aluminum 6063-T05 has been used as the solid material and ethylene glycol distilled water mixture (EGW) has been selected as the liquid to have sufficient cooling performance. EGW is mostly the preferred liquid in industrial and military cooling applications due to its low freezing point. Totally 216 3D conjugated CFD analyses are carried out to find the optimum solution which enables Rth< 0.2 °C/W and the lowest pump power. After analyzing all results, it is seen that the channel with the parameters of total fin thickness = 120 µm, channel space = 120 µm, and channel height = 2 mm is the best that fits all requirements at the pressure drop of P= 20 kPa through the channel. The optimized channel has been produced with EDM technology and a highly accurate test set-up has been prepared to minimize any error at the measurement stage. The microchannel heat sink has been tested with different flow rates and Nu numbers, Rth, and h are calculated both numerically and experimentally. The results are compared with the literature and it is evaluated that the experimental Nu number in the thermal developing region is higher than both numerical and suggested correlations in the literature. In addition, pressure drop through the channel has been measured and it is evaluated that the experimental results are higher than the numerical values.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    467187

    Numerical and experimental investigation of boundary layer transition with active and passive flow control methods

    Sınır tabaka geçişinin aktif ve pasif akış kontrol yöntemleriyle sayısal ve deneysel incelenmesi

    ABDUSSAMET SUBAŞI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN GÜNEŞ

  2. Tez No

    445045

    Effect of aspect ratio on heat transfer and entropy generation in a wavy microchannel

    Kanal boy oranının dalgalı mikrokanalda ısı transferine ve entropi üretimine etkisi

    ALIREZA SETAYESH HAGH

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LÜTFULLAH KUDDUSİ

  3. Tez No

    670691

    Deformation behavior of thin walled structures filled with auxetic and non-auxetic core materials

    Ökzetik ve ökzetik olmayan dolgu malzemeli ince cidarlı yapıların deformasyon davranışı

    FATİH USTA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN

    PROF. DR. FABRIZIO SCARPA

  4. Tez No

    886863

    Heat transfer enhancement in fin and tube heat exchangers by introducing perforations on the fins

    Kanatlı borulu ısı değiştiricilerde kanatlara delikler açılarak ısı transferinin artırılması

    HARUN DENİZLİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ONUR TUNÇER

  5. Tez No

    684112

    Hysteretic response of sub-standard rc columns under high axial stresses and shear demand confined with carbon fiber polymers

    Karbon lifli polimer ile sargılanan standart altı betonarme kolonların yüksek eksenel gerilme ve kesme talebi altında tekrarlı çevrimsel davranışı

    MERVE NUR DEMİR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPER İLKİ

Geri Dön