Flow boiling of hfe-7000 in minichannels with structured surfaces
Yapılandırılmış yüzeylere sahip mini kanallarda hfe-7000'inakış kaynaması
- Tez No: 855593
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ KOŞAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Mechanical Engineering, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Isı Transferi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 63
Özet
Mini kanallarda dielektrik sıvıların akış kaynama ısı transferi, elektronik bileşenler için en umut verici soğutma yöntemlerinden biridir. HFE-7000 düşük çalışma basıncında güvenli çalışma ve elektronik cihazların soğutması için ideal sıcaklık sunmasına rağmen, performansı düşük ısı iletkenliği ve gizli ısı ile sınırlıdır. Yüzey modifikasyonu ile birleşen faz değişimi ısı transferi, ultra yüksek ısı akısı soğutması sunmak için popüler bir yaklaşımdır. Bu tez, gözenekli ve pim kanatlı konfigürasyonları kullanması yardımıyla yüzey alanını artırarak mini kanallardaki dielektrik sıvının ısı dağılımı ve ısı transfer performansını artırmayı amaçlamaktadır. Bu çalışmanın ilk bölümündeki temel amaç, homojen ısıtmaya maruz kalan 8 sıcak noktaya sahip çok kanallı bir Alüminyum mikro pin kanatlı soğutucu bloğu HFE7000'in akış kaynamasını kullanarak yüksek ısı akılarını (> 400W/cm2) dağıtmaktır. HFE-7000'in 500 kg/m2s kütle akısında akış kaynaması, her bir sıcak noktada 3 mm yüksekliğinde (uç açıklığı yok) ve girişteki dağıtım pimlerine sahip üç alt minikanala bölünmüş bir mini kanalda araştırıldı. Sıcaklık, basınç sensörleri ve akış ölçerlerden toplanan veriler, deneyler sırasında ısı transfer performansını ve basınç düşüşünü ölçmek için kullanıldı. Ek olarak, kanalın uzunluğu boyunca ısı transfer katsayısındaki değişiklikleri araştırmak ve bunları akış modellerine bağlamak için yüksek hızlı kamera kayıtları analiz edildi. Elde edilen sonuçlar 480 W/cm2 'ye kadar toplam ısı akılarında tartışıldı. HFE-7000'in düşük termofiziksel özelliklerine rağmen, kaynama dengesizliklerini bastırmak için dağıtım pimi kanatlarının varlığı ve soğutucu bloğu boyunca eliptik mikro pim kanatları sayesinde sabit halkasal akışına erken geçiş için girişte dağıtım pim kanatlarının varlığı nedeniyle tasarlanmış ve geliştirilmiş soğutucu bloğu ile yüksek ısı dağılımı ve ultra yüksek ısı akısı soğutması sağlanabilir. Bu tezin ikinci bölümünde, önerilen çevre dostu ve ekonomik mikrobiyal biyokaplamalı bir yüzey (crenarchaeon Sulfolobus solfa-taricus P2 biyo-kaplamalar) dikdörtgen yüksek en boy oranlı mini kanalda HFE-7000'in kaynama ısı transferini tartışmaktadır. Optimize edilmiş biyo-kaplamalı yüzeylerin kaplama yapısı ve daldırma karışık kaplama yöntemi ile akışkan akışına karşı dayanıklılık açısından ısıl akışkan özellikleri araştırıldı. Akış kaynama deneyleri, 5.4 ila 50 W/cm2 arasında değişen ısı akışlarında karışık kaplı bir yüzey üzerinde gerçekleştirildi. Kabarcık dinamikleri ve akış kaynama modelleri yüksek hızlı bir kamera kullanılarak elde edildi. Biyo kaplamalı yüzey, daha aktif çekirdeklenme bölgeleri sunarak ve gözenekli bir yapıya sahip olması nedeniyle, hava katmanın oluşumuna direnç göstererek çıplak silikon numunesine kıyasla mükemmel bir ısı transferi artışı önerdi. Elde edilen sonuçlar, iki fazlı akış dengesizliklerini stabilize ederek ve yeniden ıslatma işlemi ile orta ısı akıları aralığında maksimum %50 artış ile kaplanmış yüzeyin en yüksek ısı transfer katsayısını gösterdiğini kanıtladı.
Özet (Çeviri)
Flow boiling heat transfer of dielectric fluids in minichannels is one of the most promising cooling methods for electronic components. Although HFE-7000 offers safe operation in low working pressure and ideal temperature for direct contact electronic cooling, its performance is restricted by low thermal conductivity and latent heat. Phase change heat transfer combined with surface modification is a popular approach for offering ultra-high heat flux cooling. This thesis aims to enhance the heat dissipation and heat transfer performance of dielectric fluid in minichannels by increasing the surface area using porous and pin fin configurations. In the first part of this study the primary objective was to dissipate high heat fluxes (> 400W/cm2) using flow boiling of a dielectric fluid HFE-7000 in a multi-channel micro pin fin heat sink with 8 hotspots subjected to uniform heating. Flow boiling of HFE-7000 at the mass flux of 500kg/m2s was investigated in a minichannel with a cross-section area of (14mm × 3 mm) which was divided into three subminichannels each having staggered elliptical pin fins with a height of 3mm (No tip clearance) on each hotspot and distribution pins at the inlet. The collected data from temperature, pressure sensors, and flow meters were used to measure the heat transfer performance and pressure drop during experiments. Additionally, high-speed camera recordings were used to analyse variations in the heat transfer coefficient along the length of the channel and to link them to flow patterns. The obtained results were discussed at total heat fluxes up to 480W/cm2. High heat dissipation and ultra-high heat flux cooling could be achieved with the designed and developed heat sink despite of low thermophysical properties of HFE-7000 due to the presence of distribution pin fins at the inlet for suppressing boiling instabilities and early transition to stable annular flow thanks to elliptical micro pin fins along the heat sink. The second part of this thesis discusses the flow boiling heat transfer of HFE-7000 in a rectangular high aspect ratio minichannel over a proposed environmentally friendly and economical microbial bio-coated surface (crenarchaeon Sulfolobus solfataricus P2 bio-coatings). The thermal-fluidic characteristics of optimized bio-coated surfaces in terms of coating structure and durability against the fluid flow by dip mixed coating method were explored. Flow boiling experiments were performed on a mixed-coated surface in heat fluxes ranging from 5.4 to 50 W/cm2. Bubble dynamics and flow boiling patterns were obtained using a high-speed camera. Biocoated surface proposed an excellent heat transfer enhancement compared to bare silicon sample by offering more active nucleation sites and showing resistance to vapor film formation by providing a porous structure. The obtained results indicated that coated surface showed the highest heat transfer coefficient with a maximum enhancement of 50% in the range of medium heat fluxes by stabilizing the two-phase flow instabilities and rewetting process.
Benzer Tezler
- Experimental study on improvement of pool boiling cooling systems in dielectric liquid using honeycomb structures manufactured by additive manufacturing
Dielektrik sıvıda eklemeli imalat yöntemiyle üretilen petek yapılar kullanılarak havuz kaynatma soğutma sistemlerinin iyileştirilmesi üzerine deneysel çalışma
MUHAMMED ÇAĞLAR MALYEMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSNÜ DAL
PROF. DR. İSKENDER GÖKALP
- Performance comparison of different microfine tubes during flow boiling of azeotropic refrigerants
Başlık çevirisi yok
MUTMEİN SELİM KURUMAHMUT
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
KimyaPolitecnico di MilanoPROF. LUCCHİNİ ANDREA
PROF. COLOMBO LUİGİ PİETRO MARİA
- Mikrokanallı ısı alıcılarında akan R134A'nın kaynamasının deneysel olarak araştırılması
Experimental investigation of the boiling of R134A flowing through microchannel heat sinks
CANSU ÖZMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET SELİM DALKILIÇ
- Determination of heat transfer coefficient for saturated flow boiling of water
Suyun doymuş kaynamada ısı transfer katsayısının belirlenmesi
FAHRİ AĞLAR
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
Nükleer MühendislikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiNükleer Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ORHAN YEŞİN
- Experimental investigation of subcooled nucleate flow boiling of water
Suyun aşırı soğutulmuş kabarcıklı kaynamalı akımının deneysel olarak incelenmesi
SERVET TULUM