Analysis of phase change material heat sink
Faz değişim malzemeli ısı yayıcıların analizi
- Tez No: 783409
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDULLAH ULAŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Dendrite, Faz değişimi, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD), Isı iletim analizi, Dendrites, Phase change, Computational fluid dynamics (HAD), Heat conduction analysis
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde, faz değişim malzemeli (FDM) ısı yayıcıların soğutma performansı deneysel ve nümerik olarak çalışılmıştır. Odacık sayısı, açı ve farklı tip FDMlerden oluşmak üzere üç farklı parametre, 21 W ısı yüküne sahip bir entegre devrenin (ED) güvenli sıcaklıklarda tutulması ve ısı yayıcıların termal performansını arttırmak amacıyla incelenmiştir. Deneylerde 1,4,9 ve 16 odacık sayısına sahip ısı yayıcılar FDMler ile doldurulmuştur. Ansys Fluent yazılımında gerçekleştirilen nümerik analizler, bu deneyler ile doğrulanmıştır. Analiz sonuçları kullanılarak iletim baskın ve doğal taşınım baskın erime aşamaları incelenmiştir. Yedi farklı açı ve sekiz farklı FDM deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. Ek olarak, Nikon marka mikroskop ve ImageJ renk analizi program kullanılarak lapa bölgesi konumları ve lapa bölge sabitleri belirlenmiş, bu sabitler kullanılarak faz değişimi Ansys Fluent'te modellenmiştir. Bütün analizlerde, deneysel ve nümerik çalışmalar arasındaki elde edilen en yüksek hata oranı %11'dir. FDMler 24oC'lik sıcaklık düşüşü sağlamış ve EDMlerin çalışma süresini arttırmıştır. Buna ek olarak, odacık sayısı arttıkça ısı yayıcı taban sıcaklığı azalmaktadır, ancak, boyutsal kısıtlamalardan dolayı odacık sayısı arttıkça ısı yayıcıların içerdiği FDM oranı azalmaktadır ve bu sebeple, odacık sayısı arttıkça erime süresi de kısalmaktadır. Nümerik sonuçlar, FDM'nin eriyen kısımlarında doğal konveksiyon etkisinden dolayı ters U şekillerinin oluştuğunu göstermektedir. Ek olarak, erime esnasında katı FDM'nin konumunda değişikliğe sebep olan ikincil akışlar, hız vektörleri incelendiğinde görülebilmektedir. Sistem açısı arttıkça ısı yayıcı taban sıcaklığı artmaktadır. 30o'den büyük açı değerlerinde yer çekimi ivmesinin doğal konveksiyona etkisinden dolayı katı FDMlerde T şekli oluşmaktadır. İlaveten, FDM'nin erime sıcaklığı azaldığında ısı yayıcı taban sıcaklığı da azalmaktadır. MiniTab programı kullanılarak açı ve FDM tipi etkileri kapsamında kontürler çizdirilmiş ve yorumlanmıştır. Sonuç olarak, S72, sekiz farklı FDM arasında en iyi soğutma performansı göstermiştir. 1 ve 4 odacıklı ısı yayıcılar en yüksek çalışma zamanına sahiptirler. Açı etkisi erime esnasında fark oluşturmaktadır. 0o sistem açısı en iyi sonucu vermiştir. Yapılan Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizleri deney sonuçlarıyla uyumludur.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the Phase Change Material (PCM) heatsink cooling performance is studied experimentally and numerically. Three parameters, the number of chambers, inclination angle, and different types of PCMs, are investigated to keep the integrated circuit (IC) that dissipates 21 W at safe temperatures and increase the thermal performance of heatsinks. In the experiments, heatsinks with 1,4,9, and 16 chambers are filled with PCMs and the results obtained from experiments are used to validate numerical analyses conducted using Ansys Fluent. The conduction driven and natural convection driven melting phases are investigated using numerical analysis results. Seven different inclination angles and eight different types of PCMs are examined experimentally and numerically. Moreover, mushy zone locations and mushy zone constants required in the phase change model are determined using a microscope and an image processing program. Among all cases, the maximum error is 11% between CFD analyses and experimental studies. From experimental results, it is observed that PCM provides a 24oC temperature drop and therefore increases the operational time of IC package. Moreover, as the number of chambers increases, the base temperature of PCM decreases however due to geometrical constraints, as the number of chambers increases the amount of PCM decreases and therefore melting time becomes shorter. The numerical results show that reverse U shapes occur due to the natural convection effect on liquid PCM. Also, secondary flows are observed from velocity vectors, which causes a change in the position of solid PCMs. In addition, as the inclination angle increases the base temperature increases as well. T-shape occurs beyond 30o inclination angle due to gravity effects on natural convection. In addition, as PCM's melting temperature decreases, the heatsink's base temperature decreases. The results of experiments and numerical analysis show that, S72 PCM has the best thermal performance among eight different PCM and 1 and 4 chambers heatsink have the highest operational time. The inclination angle affects the thermal performance during melting, with the best thermal performance obtained at 0o inclination angle. The CFD analyses results show good agreement with the experimental results.
Benzer Tezler
- Faz Değiştiren Malzeme Entegreli Hibrit Isı Alıcının Deneysel Performans Analizi
Experimental Performance Analysis of Phase Change Material Integrated Hybrid Heat Sink
AZİZHAN BALKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiYozgat Bozok ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK İZGİ
- Faz değiştiren malzeme dolgulu kanatlı tüpler ile entegre edilmiş yeni tip fotovoltaik modül tasarımı ve analizi
Design and analysis of a new type photovoltaic module integrated with phase change material-filled finned tubes
SERHAT ŞENGÜR
Doktora
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiFırat ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLŞAH ÇAKMAK
- Performance analysis of grooved heat pipes using 3-D multi-channel thermal resistance network
Üç boyutlu çok kanallı ısıl direnç ağı kullanılarak oluklu ısı borularının performans analizi
RAMAZAN AYKUT SEZMEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAFER DURSUNKAYA
DOÇ. DR. BARBAROS ÇETİN
- Buhar odası yaklaşımı ile uzay uygulamalarında elektronik soğutma performans analizi
Performance analysis of electronic cooling in space with vapor chamber approach
BURAK BODUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABUZER ÖZSUNAR
- Ağır ticari aracın dizel motoruna ait egzoz manifoldunun ısıl olarak incelenmesi
Thermal investigation of exhaust manifold for a heavy commercial vehicle diesel engine
BURAK YALÇINDAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL CEM PARMAKSIZOĞLU