Phase change heat transfer enhancement with surface modification at atmospheric and sub-atmospheric pressures
Atmosferik ve altmosferaltı basıçlarda yüzey modifikasyonları ile faz değişim ısı transferinin iyileştirmesi
- Tez No: 759418
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ KOŞAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Mechanical Engineering, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 80
Özet
Yüzey modifikasyonları, kaynama ısı transferi arttırmada, daha yüksek soğutma performansı elde etmede ve enerji verimliliğini geliştirmede önemli yöntemlerden biridir. Yüzey modifikasyonu mikro pin finler gibi harici yapıların varlığı veya bifilik yüzeylerle olduğu gibi yüzey ıslanabilirliğindeki değişiklikler ile oluşur. Bu tezin amacı, harici bir yapı olan pin finlerin, uç açıklığının, ayrıca daha homojen akış dağılımı sağlayan dağıtım görevi gören pin finlerinin akış kaynama üzerindeki etkisini ortaya koymaktır. Bu amaç doğrultusunda, deneyler referans konfigürasyon (düz kanal) ve farklı boyutlardaki eliptik pin finlerin ve uç açıklığını içeren beş farklı soğutucu üzerinde 125 kg/m2s, 225 kg/m2s, ve 325 kg/m2s kütle akısında ve 18 – 175 W/cm2 ısı akısı aralığında çalışma sıvısı olarak deiyonize su kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deneysel akış kaynama ısı transferi sonuçları ve herbir soğutucunun performansı akış görselleştirmesi yardımıyla ortaya konulmuştur. Buna göre, maksimum ısı transfer performansı ısıtma alanında pin fin uç açıklığı olmayan soğutucuda gözlemlenmiştir. Aynı zamanda homojen ısı dağılımına sahip aerodinamik pin fin yapılarının akış kaynama ısı transfer performansını artırmada yardımcı olduğu kanıtlanmıştır. Ayrıca, havuz kaynama deneyleri kaynama ısı transfer performansını araştırmak için tek tip (süperhidrofilik ve süperhidrofobik) ve birleşik (süperbifilik) ıslanabilirlik özelliğine sahip yüzeylerde incelemek için gerçekleştirilmiştir. Bu tez dört farklı yüzeyden atmosferik (103.7 kPa) ve atmosferaltı (28.3 kPa) basınçlardan elde edilen sonuçları sunmakta ve çalışma sıvısı olarak doymuş deiyonize su kullanılarak 7 - 290 kW/m2 aralığındaki ısı akısında ıslanabilirliğin etkisinin anlaşılmasını amaçlamaktadır. Deneysel sonuçlara göre superbifilik yüzey (adım boyutu 3 mm ve çapı 0.7 mm süperhidrofobobik noktalar) hem atmosferik hem de atmosferaltı basınçlarda ısı transferinde sırasıyla %98 ve %54 gelişme sağlamıştır. Kabarcık birleşmesinin atmosferaltı basınçta meydana gelme olasılığının daha yüksek olması nedeniyle, süperbifilik özelliğin kaynama ısı transferindeki artırıcı etkisi atmosferik basınçta dah
Özet (Çeviri)
Surface modifications are one of the major techniques in enhancing boiling heat transfer, achievement of higher cooling performance, and energy efficiency. The surface modification can be performed with the external structures including micro pin fins or changes in surface wettability such as the use of biphilic surfaces. The aim of the first thesis is to reveal the effects of pin fins and tip clearance as well as distribution pin fins, which served for more uniform flow distribution, on flow boiling. For this, experiments were conducted on five different heat sinks including a reference configuration (plain channel) and different elliptical pin fin and tip clearance configurations at mass fluxes of 125 kg/m2s, 225 kg/m2s, and 325 kg/m2s within the heat flux range of 18 – 175 W/cm2 using de-ionized water as the working fluid. Experimental flow boiling heat transfer results and performances of each heat sink were presented with the help of flow visualization. Accordingly, the maximum heat transfer performance was achieved with a pin fin heat sink with distribution pin fins and no tip clearance on the heating area. It was also proven that streamlined pin fin configurations with uniform flow distribution are helpful in enhancing the heat transfer performance in flow boiling. In addition, pool boiling experiments were conducted to investigate the boiling heat transfer performance of surfaces with uniform (superhydrophobic and superhydrophilic) and mixed (superbiphilic) wettability. Experimental results were obtained from four different surfaces for both atmospheric (103.7 kPa) and sub-atmospheric (28.3 kPa) pressures and the wettability effect was investigated using saturated deionized water as the working fluid in the heat flux range of 7 - 290 kW/m2. The experimental results show that the superbiphilic surface (superhydrophobic spots with a pitch size of 3 mm and diameter of 0.7 mm) offers improvements in boiling heat transfer at both atmospheric and sub-atmospheric pressures up to 98% and 54%, respectively. Due to bubble coalescence being more likely to occur at sub-atmospheric pressure, the enhancement effect of superbiphilicity on boiling heat transfer is more significant for atmospheric pressure.
Benzer Tezler
- Havuz kaynaması sırasında kabarcık oluşumunun sayısal yöntemle incelenmesi
Numerical study of bubble growth during nucleate pool boiling
MERT TÜRKELİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İSMAİL YALÇIN URALCAN
- Flow boiling of hfe-7000 in minichannels with structured surfaces
Yapılandırılmış yüzeylere sahip mini kanallarda hfe-7000'inakış kaynaması
MANDANA MOHAMMADILOOEY
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KOŞAR
- Sol-jel yöntemi uygulanarak ZrO2 ile yüzey modifikasyonu yapılmış LiMn2o4 yapısının sentezlenmesi ve katot aktif malzemesi olarak incelenmesi
SOL-JEL YÖNTEMİ UYGULANARAK ZrO2 İLE YÜZEY MODİFİKASYONU YAPILMIŞ LiMn2O4 YAPISININ SENTEZLENMESİ VE KATOT AKTİF MALZEMESİ OLARAK İNCELENMESİ
MEHMET EMRE ÇETİNTAŞOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜL KELEŞ
- Lityumca zengin nikel kobalt mangan oksit (NCM) katot üretimi ve Al2O3 yüzey modifikasyonu ile elektrokimyasal özelliklerinin geliştirilmesi
Production of lithium rich NCM cathode via sol-gel method & enhancing electrochemical properties with Al2O3 surface modification
HALİS GENÇER KÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ
- An investigation on enhancement in wear resistance of hardfacings
Sert dolgu kaplamaların aşınma direncini artırmaya yönelik bir araştırma
SHAIKH ASAD ALI DILAWARY
Doktora
İngilizce
2018
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU