Effect of forced convection and compressibility on transient melting behavior of PCM in a cavity
Zorlanmış taşınım ve sıkıştırılabilirliğin bir kavitedeki faz değişim malzemesinin geçici erime davranışı üzerindeki etkisi
- Tez No: 968782
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGÜR BAYER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
Isı transfer hızının iyileştirilmesi, fazla ısıyı dağıtan veya ısı depolaması gerektiren cihazların etkisini artırmaktadır. Faz değiştiren malzemeler (FDM) avantajlı ısıl özelliklere sahiptir ancak nispeten yavaş erime hızlarına sahiptir ve mevcut çalışma söz konusu dezavantajı en aza indirmeyi amaçlamaktadır. Hem deneysel hem de sayısal çalışmalar, 5, 25 ve 100 rpm dönüş hızlarında sıvı FDM'nin karıştırılmasıyla tetiklenen zorlanmış konveksiyonu incelemek için, FDM ile doldurulmuş bir kavite kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışma zorlanmış konveksiyonun etkisine odaklanırken, sayısal analizler sıkıştırılabilirlik etkisini incelemektedir. Sayısal analizlerde Boussinesq yaklaşımı veya akışkan hacmi (VoF) yöntemi kullanılarak entalpi-gözeneklilik modeli uygulanmıştır. VoF yöntemi, sıkıştırılabilirlik etkisini modelleyerek yakın temas erimesi (CCM) fenomeninin gözlemlenmesini sağlar. Sonuçlar, daha yüksek dönme hızlarında erime süresinin yaklaşık %22 oranında azaltılarak 32 saate düşürülebileceğini göstermektedir. Ek olarak kararlı durumdaki sıvı oranı, tüm FDM'nin erimesiyle, karıştırma olmayan senaryoya kıyasla %20 oranında artmaktadır. Karıştırıcı dahil edildiğinde sıcaklık gradyanları azalarak tepe kritik sıcaklık 68°C'den 45°C'ye düşmektedir. Bununla birlikte, düşük dönme hızlarında zorlanmış konveksiyonun etkisi azalmakta, bu da erime süresinde yalnızca yaklaşık %10'luk bir azalma ve kararlı durumdaki sıvı oranında ihmal edilebilir bir değişiklikle sonuçlanmaktadır. CCM'nin gözlemlenebilir olduğu durum için sıkıştırılabilirliğin FDM erime karakteristiği üzerindeki etkisi sayısal olarak incelenmiştir. VoF yöntemi yerine Boussinesq yaklaşımı kullanıldığında, erime süresinin gerçekçi olmayan şekilde sekiz kat fazla tahmin edildiği gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Improving heat transfer rates enhances the performance of devices that dissipate excess heat or require heat storage. Among the available options, phase change material (PCM) possesses advantageous thermal properties but exhibits comparatively slow melting rates, a limitation that the present study aims to mitigate. Both experimental and numerical studies are conducted using a cavity (generic domain) filled with PCM to assess forced convection induced by mixing the liquid PCM at rotational speeds of 5, 25, and 100 rpm. The experimental work focuses on the effect of forced convection, while the numerical analyses evaluate the compressibility effect. In numerical analyses, the enthalpy-porosity model is applied, utilizing either the Boussinesq approximation or the volume of fluid (VoF) method. The VoF method models the compressibility effect, enabling observation of the close contact melting (CCM) phenomenon. At higher rotational speeds, the melting duration is reduced by approximately 22%, to 32 hours, and the liquid fraction at steady state is increased by as much as 14%, resulting in complete PCM melting compared to the non rotating case. Mixing also decreased temperature gradients inside the domain, lowering peak temperature from 68°C to 45°C. At lower rotational speeds, melting duration is decreased by only about 10% with a negligible change in liquid fraction at steady state. The effect of compressibility on PCM melting characteristics, when CCM is observable, is studied numerically. Using the Boussinesq approximation instead of the VoF method results in an unrealistic overestimation of the melting time by a factor of eight.
Benzer Tezler
- Yüksek hızlı araçlar için silecek sisteminin aerodinamik optimizasyonu
Aerodynamic optimisation of wiper system for high speed vehicles
SÜLEYMAN EMRE AK
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN GÜNEŞ
- Köpük reolojisi üzerine deneysel çalışmalar
Experimental studies on foam rheology
CENGİZ MİMARBAŞI
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. AYTİN GÖKTEKİN
- Deprem yükleri altındaki kargir ve betonarme istinat duvarlarının risk ve maliyet analizi
Başlık çevirisi yok
AHMET ŞAHİN
- Uçak gövdesinde yalıtım malzemesinin taşınımla ısı geçişine etkisi
The effect of insulation material on convection heat transfer in airframe
OKTAY ÇİÇEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET CİHAT BAYTAŞ
- İç Akışta Kaynamanın Sayısal Modellenmesi
Numerical Modelling of Internal Boiling Flow
ÜNSAL KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFULLAH KUDDUSİ