Boiling heat transfer enhancement on structured surfaces by using active and passive methods
Yapılı yüzeylerde aktif ve pasif yöntemlerle kaynama ısı transferi artırılması
- Tez No: 761239
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ KOŞAR, DR. ABDOLALİ K. SADAGHİANİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, 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: 70
Özet
Termal yönetim, yeni nesil elektronik cihaz uygulamaları için giderek daha önemli hale gelmektedir. Kaynama, büyük miktarda ısı atma kapasitesi olan çok etkili bir faz değişimi fenomenidir. Bu tezde, hem aktif hem de pasif yaklaşımları kullanarak yüzey yapılarının kaynama ısı transferi üzerindeki etkisini araştırılmıştır. Birinci bölümde, yüzey mikro yapılarının, mikro yapı aralığının ve yapay çekirdeklenme bölgelerinin kaynama ısı transferi (BHT) performansı üzerindeki kombine etkisini araştırmak için farklı aralıklarını ve yapay kaviteleri içeren mikro kanallara sahip yüzeyler üzerinde kapsamlı havuz kaynama testleri gerçekleştirilmiştir ve kritik ısı akısı (CHF) sonuçları elde edilmiştir. Farklı numunelerin BHT performansı, yapay kaviteteleri içeren numuneler için önemli ölçüde iyileştirilmiştir. Mikrokanal konfigürasyonları, düşük duvar kızma sıcaklıklarında önemli bir etkiye sahip değilken, duvar ısı akısındaki daha fazla artış, yüzey yapısının BHT ve kabarcık dinamiği üzerindeki etkisini ortaya çıkarmıştır. 50 ve 100 yapay kaviteli numuneler için en büyük mesafe, yüksek ısı akılarında en iyi performansı sergilemiştir. Ayrıca, görselleştirme sonuçları, yapay kaviteli yüzeyler için ana CHF mekanizmasının kuruma olduğunu, yapay kaviteleri olmayan yüzeyler için CHF'nin oluşumundan hidrodinamik kararsızlığın sorumlu olduğunu ortaya koymuş, bu da CHF mekanizmasının yüzey konfigürasyonuna bağımlılığını kanıtlamıştır. İkinci kısım, mikro yapılı silikon yüzeyler kullanarak dar bir mikrokanalda manyetik nanoparçacıkların doymuş akış kaynama ısı transferi üzerindeki etkisini deneysel olarak araştırmayı ve harici bir manyetik alan yokluğunda ve varlığında ısı transfer performansını karşılaştırmayı amaçlamaktadır. BHT sonuçları, ısıtma bloklarının oryantasyonu nedeniyle, alt yüzeydeki ısı transfer katsayılarının (HTC) üst yüzeydekilerden daha yüksek olduğunu göstermiştir. Ayrıca, nanopartiküllerin varlığı BHT'yi iyileştirmiş ve BHT katsayısında %21.5'e varan bir artış sağlamıştır. Dış manyetik alanın varlığı, kabarcık ayrılma boyutunu azaltmış ve yüksek ısı akılarında HTC'yi artırmıştır. Manyetik alan varlığında maksimum HTC artışı %25 olmuştur. Alt yüzey için harici manyetik alan ile karşılaştırıldığında bir manyetik alan yokluğunda ferrofluid BHT artışı daha fazla olmuştur.
Özet (Çeviri)
Thermal management is becoming increasingly important for new electronic device applications. Boiling is a very effective phase change phenomenon capable of dissipating a large amount of heat. This thesis investigates the effect of surface structures on boiling heat transfer by using both active and passive approaches. In the first part, comprehensive series of pool boiling tests were carried out on surfaces having microchannels with different spacings and artificial cavities to investigate the mutual effect of surface microstructures, microstructure spacing, and artificial nucleation sites on the boiling heat transfer (BHT) performance and critical heat flux (CHF). The BHT performance of different samples could be significantly improved for samples containing artificial cavities. While microchannel configurations had no significant effect at low wall superheats, further increases in wall heat flux revealed the effect of surface structure on BHT and bubble dynamics. For samples with 50 and 100 artificial cavities, the largest spacing exhibited the best performance at high heat fluxes. Furthermore, the visualization results revealed that for surfaces with artificial cavities, dry-out was the main CHF mechanism, whereas hydrodynamic instability was responsible for the occurrence of CHF for surfaces without artificial cavities, which proved the dependence of the CHF mechanism on the surface configuration. The second part aims to experimentally investigate the effect of magnetic nanoparticles on saturated flow boiling heat transfer in a narrow microchannel by using microstructured silicon surfaces and comparing the heat transfer performance in the absence and presence of an external magnetic field. BHT results show that due to the orientation of the heating blocks, the heat transfer coefficients (HTC) on the bottom surface were higher than those on the top surface. Moreover, adding nanoparticles enhanced BHT and resulted in an increase in up to 21.5% in BHT coefficient. The presence of the external magnetic field decreases the bubble departure size and increases HTC on the top surface at high heat fluxes. The maximum HTC enhancement in the presence of a magnetic field was 25%. Bottom surface exhibited higher ferrofluid BHT enhancement in the absence of a magnetic field compared to the case with external magnetic field.
Benzer Tezler
- Mikro yapılı yüzeylerde gözenek çaplarının ve girinti aralıklarının parametrik olarak çekirdekli kaynama üzerinde deneysel incelenmesi
Experimental investigation of effect of pore diameter and reentrant cavity width on nucleate boiling in micro structured surface
ALİ CAN İSPİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEYHAN ONBAŞIOĞLU
- 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
- Havuz kaynamasında bir mikro oyuktaki kabarcıklanmanın incelenmesi
Study of bubble nucleation in a microcavity in pool boiling
TUĞBA TETİK
Doktora
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL YALÇIN URALCAN
- Heat and fluid flow in microscale from micro and nano structured surfaces
Mikro ve nano yapılı yüzeylerden mikro boyutta ısı ve sıvı akışı
TÜRKER İZCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KOŞAR
- Porous and rough micro/nano structures for enhancing the performance of phase change cooling systems
Faz değişimli soğutma sistemlerinin performansını artırmak için gözenekli ve pürüzlü mikro/nano yapılar
SOROUSH NIAZI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. ALİ KOŞAR
Dr. ABDOLALI KHALILI SADAGHIANI