Comprehensive modeling of heat and mass transport in a micropillar evaporator
Mikrosütunlu bir buharlaştırıcıda ısı ve kitle taşınmasının kapsamlı modellenmesi
- Tez No: 746051
- Danışmanlar: PROF. DR. ZAFER DURSUNKAYA, DOÇ. DR. YİĞİT AKKUŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
İnce film buharlaşması ve kılcal sıvı akışı, tuz arındırmadan elektronik soğutmaya kadar birçok teknolojik uygulama için büyük öneme sahiptir. Hassas üretimi mümkün kılan gelişmeler sayesinde, pasif sıvı taşınımı ile beslenen mikrosütunlu buharlaştırıcılar büyük ilgi görmeye başladı. Günümüze kadar kılcal tasarımların optimize edilmesi için önemli çabalar harcanmış olsa da, sıvı-buhar arayüzündeki ve mikrosütunların etrafındaki akışta meydana gelen karmaşıklıklar sebebiyle konunun tamamı net bir şekilde anlaşılamamaktadır. Temel olarak, mikrosütunlu bir kılcal buharlaştırıcıdaki ısı transferi; kılcallık kaynaklı sıvı akışı, temas çizgisinin yakınında yoğunlaşan ince film buharlaşması ve termokapilerite kaynaklı Marangoni akışı gibi çeşitli arayüz fenomenlerini içeren bir problemdir. Bu çalışmada, sıvı akışı hücre ve cihaz seviyesinde enerji transferi ile birleştirilerek mikrosütunlu kılcal buharlaştırıcılardan buharlaşma için kapsamlı bir model geliştirilmiştir. Geliştirilen model literatürdeki önceki deneylerle başarıyla doğrulanmıştır. Marangoni sayısı yeterince yüksek olduğunda, termokapiler konveksiyon nedeniyle sıvı-buhar arayüzünün altında sirkülasyon oluştuğu, ve bu akışın buharlaştırıcı sıcaklığını önemli derecede düşürdüğü tespit edilmiştir. Bu sıcaklık düşüşü, modelde termokapilerik fizik yok sayıldığında tanımlanamamakta ve modelin tahmini deneylerden önemli ölçüde sapmaktadır. Bu yüzden, mevcut çalışma mikrosütunlu kılcal buharlaştırıcılarda Marangoni akışının buharlaşma üzerinde şimdiye kadar keşfedilmemiş etkisini ortaya çıkarmaktadır. Önerilen modelleme yapısının, tüm arayüz fenomenlerini hesaba kattığı için mikro yapılı buharlaştırıcıların optimizasyonu için mühendislere yol göstereceğine inanılmaktadır.
Özet (Çeviri)
Thin-film evaporation and the replenishing capillary liquid flow have paramount importance for various technological applications spanning from desalination to electronics cooling. With the developments enabling precise fabrication, evaporators with micropillar arrays have attracted substantial attention to sustain efficient evaporation fed by passive liquid transport. Although considerable effort has been devoted to designing optimized wicks, the full picture is still blurry due to complexities in modeling the liquid-vapor interface and the flow around the micropillars. Fundamentally, the heat transfer from a micropillar wick evaporator is a problem governed by various interfacial phenomena such as the capillarity-induced liquid flow, thin-film evaporation intensifying near the contact lines, and thermocapillarity-induced Marangoni flow. In this work, a comprehensive model is developed for the evaporation from a micropillar wick evaporator by coupling liquid flow and energy transport at both cell- and device- levels. The model is successfully validated with previous experiments. When Marangoni number is sufficiently high, the model identifies a sharp reduction in the evaporator temperature attributed to the thermocapillary convection creating circulations beneath the liquid-vapor interface. This temperature drop cannot be identified when thermocapillarity is switched off in the model and the prediction of the model substantially deviates from the experimental measurement. Therefore, the current study reveals a hitherto unexplored role of Marangoni flow in the evaporation of water from micropillar wick evaporators. The proposal modeling framework can guide engineers to optimize micro-post evaporators by accounting for all the relevant interfacial phenomena.
Benzer Tezler
- Kapalı hacim yalıtımının yüksek sıcaklıklarda ısı geçişi ve enerji tüketimine etkisinin incelenmesi
A study for the effect of enclosure insulation material on heat transfer and energy consumption at high temperatures
EREN DİKEÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEYHAN ONBAŞIOĞLU
- Modeling of an evaporation-condensation type aerosol generator for synthesis of semiconductor nanocrystals
Yarı iletken nanokristallerin sentezi için buharlaşma-yoğuşma tipi aerosol jeneratörünün modellenmesi
ZEYNEP BİRCE REYHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NECİP BERKER ÜNER
- Computer-aided exergy and energy analysis of the vacuum distillation unit
Vakum distilasyon ünitesinin bilgisayar destekli ekserji ve enerji analizi
SENA KURBAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERDAR YAMAN
- Ege denizindeki etezyen rüzgar kaynaklı yükselici su hareketlerinin atmosfer-okyanus birleşik model sistemi ile simülasyonu
Analysis of coastal upwelling forced with etesian wind over Aegean sea using coupled atmosphere-ocean modeling system
CEYHUN ÖZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Meteorolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMeteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARIŞ ÖNOL
- Gemi makine dairesi bakım işlemlerinin verimlilik analizi
Efficiency analysis of maintenance of ship machinery systems
ÇAĞLAR KARATUĞ
Doktora
Türkçe
2023
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YASİN ARSLANOĞLU