Silindirik kanatçıklarına alüminyum köpük entegre edilmiş ısı kuyusunun akış ve termal davranışının sayısal ve deneysel incelenmesi
Numerical and experimental investigation of the thermal and flow behaviors of a heat sink with aluminum foam compounded to the cylindrical fins
- Tez No: 986121
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL SOLMAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Amaç: Silindirik katı kanatçıklı ısı kuyuları metal köpük ısı kuyularına kıyasla daha düşük yüzey alanı/hacim oranına diğer bir ifade ile ısı transfer yüzey alanına sahiptirler. Ancak, aynı çalışma koşulları altında kanatçık malzemesinin yüksek termal iletkenliğinden dolayı kanatçık veya ısı kuyusu yüksekliği boyunca termal gradyanlar metal köpüğe kıyasla nispeten düşüktür. Bu çalışma kapsamında metal köpük malzemenin düşük termal iletkenlik değerinden dolayı meydana gelen dezavantajlı durumun bu malzemenin katı silindirik kanatçıkların dış yüzeyine giydirilmesi ile ortadan kaldırılması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda ısı kuyusu üzerinde kayda değer bir basınç düşümü yaratmadan ısıl performans bakımından daha etkin bir entegre kanatçıklı ısı kuyusu tasarlanarak farklı çalışma parametreleri altında sayısal ve deneysel olarak incelenmesi hedeflenmektedir. Yöntem: Silindirik katı kanatçıkları üzerlerine açılmış olan oyuklara alüminyum köpük entegre edilen ısı kuyusunun ısı transferi ve basınç düşümü özellikleri incelenmiştir. Belirli numune özelliklerinde laboratuvar ortamında yürütülen deneysel çalışmanın yanında Re=500-3500 aralığında sabit ısı akısı altında farklı kanatçık diziliş düzeninde, farklı oyuk genişliğinde (ts), farklı oyuk/kanat yükseklik oranında (Hs/Hkanat), farklı gözenek yoğunluklarında ve farklı oyuk yapılarında bir takım parametrik sayısal çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Çalışma boyunca yürütülen sayısal analizler COMSOL Multiphysics programı vasıtasıyla modellenmiş ve bu model laboratuvar ortamında kurulan deney sisteminde gerçekleştirilen analiz verileriyle doğrulanmıştır. Bulgular: İncelenen tüm ısı kuyusu modelleri için artan Re değeriyle beraber ortalama Nu ve ΔP değeri artmaktadır. Şaşırtılmış kanatçık dizilişi sıralı duruma göre daha yüksek ısı transferi sağlamaktadır. Açılan oyuklara Açık Hücreli Alüminyum Köpük (AHAK) entegre etmek ısı kuyusunun ısı transferi performansını büyük oranda arttırmıştır. Aynı zamanda akış boyunca oluşan basınç düşümünü azaltmıştır. Açılan Oyuklara/Alüminyum Köpük Entegre Edilen (AO/AKEE) ısı kuyusunun Katı Silindirik (KS) modele göre Nu değeri 1.289 kata kadar bir artış göstermiş ve basınç düşümünde ise 1.73 kat oranında bir iyileşme yaşanmıştır. AO/AKEE ısı kuyusunda entegre edilen AHAK kalınlığının 1,2 ve 3 mm aralığında artmasıyla Nu değeri artmaktadır. Bu durum AO/AKEE ısı kuyusunun η değerinde belirgin bir artışa sebep olmaktadır. Entegre edilen AHAK yüksekliğinin artması ortalama Nu ve ΔP üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir. Bu sayede AO/AKEE ısı kuyusunun Hs/Hkanat oranının 0.75 olması durumunda çalışılan aralıkta en yüksek Re değeri için η = 1.79 seviyesine ulaşılmıştır. Sonuç: Tasarımı yapılan ısı kuyusunun, silindirik katı kanatçık yapısına sahip ısı kuyularının sahip olduğu dezavantaj durumlarını ortadan kaldırabilmesinden dolayı sektörün taleplerine cevap verebilecek alternatif bir çözüm olduğu düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
Purpose: The objective of the study is to show that heat sinks with a cylindrical solid fin structure have a lower surface area/volume ratio, i.e. heat transfer surface area, compared to metal foam studies. However, under the same operating conditions, thermal gradients along the fin or sink height are relatively lower than that of metal foam due to the high thermal conductivity of the fin material. Therefore, in this study, it is aimed to eliminate the disadvantage caused by the low thermal conductivity of the metal foam material due to the low thermal conductivity value of the metal foam material by dressing this material on the outer surface of the solid cylindrical fins and to propose a heat sink with integrated fins, which is thought to be more effective in terms of thermal performance without creating significant pressure drop, and to investigate the performance of this heat sink numerically and experimentally under different sink design and operating parameters. Method: The heat transfer and pressure drop characteristics of the heat sink with aluminum foam integrated into the grooves drilled on the cylindrical solid fins were investigated. In addition to the experimental study carried out in the laboratory environment with certain sample properties, a number of parametric numerical analyses were carried out under constant heat flux in the range of Re=500-3500 at different fin arrangement, different slot width (ts), different slot to fin height ratio (Hs/Hfin ), different pore densities and different slot structures. The numerical analyses carried out throughout the study were modeled by COMSOL Multiphysics program and this model was validated with the analysis data performed in the experimental system established in the laboratory environment. Findings: The average Nu and ΔP values increase with increasing Re value for all heat well models examined. Staggered fin arrangement provides higher heat transfer than inline case. Integrating OCAF into the slots has greatly improved the heat transfer performance of the heat well. It also reduced the pressure drop across the flow. Compared to the SC model, the Nu value of the SS/AFCC heat sink increased up to 1.289 times and the pressure drop improved by 1.73 times. The Nu value increases with the increase in the OCAF thickness integrated in the SS/AFCC heat sink in the range of 1,2 and 3 mm. This causes a significant increase in the η value of the SS/AFCC heat sink. Increasing the integrated OCAF height has a positive effect on the average Nu and ΔP. In this way, for a Hs/Hpin ratio of 0.75 for the SS/AFCC heat sink, η = 1.79 was reached for the highest Re value in the studied range. Results: The determined heat sink has been an alternative solution that can meet the demands of the sector since it eliminates the disadvantages of heat sinks with cylinder fin structure.
Benzer Tezler
- Yapay metal köpük ile entegre edilmiş kanatçıklı ısı alıcısının akış ve ısıl performans analizi
Flow and heat transfer performance analysis of novel artificial metal foam integrated with pin fin heat sink
BEYTULLAH İSMET TOPRAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İSMAİL SOLMAZ
- Alüminyum köpüklü termoakustik soğutma sistemi tasarımı ve ısıl performansının araştırılması
Investigation of thermal performance increasing methods in the thermoacoustic cooling system using aluminum foam
İLKER GÖKAY
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RASİM KARABACAK
- Silindirik kanatçıklar ile soğutulan fotovoltaik panelin enerji performansının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of photovoltaic panelin energy performance changed with cylindrical fins
MUSA DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. GÖKHAN ÖMEROĞLU
- Çevresine üçgen kanatçıklar yerleştirilmiş silindirlerden doğal taşınım ısı transferi
Natural convection heat transfer from triangular finned cylinders
KOY KOY AMISI
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞÜKRÜ ULAŞ ATMACA
- Farklı hızlarda ve ısı akılarında kanatlı yüzeylerde ısı transferinin deneysel olarak incelenmesi
An experimental study of heat transfer in finned surfaces for different values of air velocity and heat flux
SEÇİL ŞİRİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEMAL ALTINIŞIK