Isı borulu elektronik soğutucuya termoelektrik entegrasyonunun deneysel incelenmesi
Experimental investigation of thermoelectricintegration in a heat pipe electronic cooler
- Tez No: 988540
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EMRE MANDEV
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Isı borusu, Termoelektrik, Elektronik Soğutma, Fan Gürültüsü, Tepe Sıcaklık Bastırma, Heat Pipe, Thermoelectric, Electronics Cooling, Fan Noise, Peak Temperature Suppression
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erzurum Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, elektronik bileşenlerin soğutulmasına yönelik ısı borulu–kanatçıklı–fanlı referans mimari ile bu yapıya termoelektrik (TE) modül entegrasyonu içeren hibrit mimari, aynı deney platformu üzerinde karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Deney matrisi, ısıl yükün 10–20–30–40 W seviyelerinde (H4–H3–H2–H1) ve fan işletiminin 0,48–0,96–1,50–2,16 (F1–F2–F3–F4) kademelerinde sistematik olarak değiştirilmesiyle oluşturulmuş, hibrit senaryolarda TE modül iki farklı besleme seviyesinde (P1: 21,6 W ve P2: 32 W) çalıştırılmıştır. Isıl performans, yalnızca ısıl yük yüzey sıcaklığı üzerinden değil, ısı borusunun adyabatik/yoğuşma bölgeleri ile fan giriş–çıkış hava sıcaklıklarını kapsayan çok noktalı termokupl ölçümleri üzerinden değerlendirilmiş ve termal kamera görüntüleri kararlı hal sıcaklık dağılımlarının alan bazlı doğrulanması amacıyla kullanılmıştır. Ayrıca her iki mimaride soğutma için tüketilen toplam elektriksel güç belirlenmiş ve fan gürültü seviyeleri de ölçülerek analiz edilmiştir. Referans mimaride fan seviyesi artırıldıkça kararlı hal sıcaklığının kademeli olarak düştüğü, ancak bu iyileşmenin azalan marjinal fayda karakteri sergilediği görülmüştür. Hibrit mimaride TE modülün devreye alınması, tüm koşullarda yüzey sıcaklığında ani ve keskin bir düşüş oluşturarak aktif soğutmanın tepe sıcaklık bastırma kabiliyetini doğrulamıştır. Buna karşın besleme gücünün P1'den P2'ye yükseltilmesi, tüketimi artırmasına rağmen sıcaklık eğrilerinde anlamlı bir ilave iyileşme üretmemiştir. Enerji–akustik boyut birlikte ele alındığında, gürültü seviyesinin esas olarak fan kademesi tarafından belirlendiği, TE entegrasyonunun ise doğrudan yeni bir gürültü kaynağı oluşturmadan, aynı/benzer sıcaklık hedeflerine daha düşük fan seviyelerinde erişmeyi mümkün kılabildiği gösterilmiştir (örnek karşılaştırma: referans H1F4 noktasında 59,31 °C için 65,72 dBA, hibrit H1F1P1 noktasında 57,26 °C için 51,88 dBA). Bu çerçevede çalışma, termal performans–enerji tüketimi–fan gürültüsü eksenlerinde, uygulama hedeflerine bağlı olarak referans ya da hibrit mimarinin hangi işletim noktalarında daha rasyonel olduğunu nicel biçimde ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a comparative investigation of a heat-pipe–finned–fan reference cooling architecture and a hybrid architecture integrating a thermoelectric (TE) module for cooling electronic components on the same experimental platform. The experimental matrix was established by systematically varying the heat load at 10–20–30–40 W (H4–H3–H2–H1) and the fan operating levels at 0.48–0.96–1.50–2.16 W (F1–F2–F3–F4); in the hybrid scenarios, the TE module was operated at two different electrical input levels (P1: 21.6 W and P2: 32 W). Thermal performance was evaluated not only based on the heater surface temperature, but also using multi-point thermocouple measurements covering the heat pipe adiabatic/condensation sections and the inlet/outlet air temperatures across the fan, while infrared thermal imaging was employed to validate steady-state temperature distributions in a spatially resolved manner. In addition, the total electrical power consumption for cooling was determined for both architectures, and fan noise levels were measured and analyzed.For the reference architecture, increasing the fan level resulted in a gradual reduction in steady-state temperature; however, the improvement exhibited diminishing marginal returns. In the hybrid architecture, activating the TE module produced an abrupt and pronounced drop in surface temperature under all conditions, confirming the capability of active cooling to suppress peak temperatures. Nevertheless, increasing the TE input from P1 to P2 raised power consumption without providing a meaningful additional improvement in the temperature profiles. When the energy–acoustic aspects were jointly considered, the noise level is governed primarily by the fan operating level, whereas TE integration can enable achieving the same/similar temperature targets at lower fan levels without introducing an additional noise source (in the reference case H1F4, 65.72 dBA was required to maintain 59.31 °C, whereas in the hybrid case H1F1P1, 51.88 dBA was sufficient to maintain 57.26 °C). Within this framework, the study quantitatively identifies the operating points at which the reference or hybrid architecture is more rational, depending on application objectives, across the axes of thermal performance, energy consumption, and fan noise.
Benzer Tezler
- Isı borusu tabanlı bir atık ısı geri kazanım uygulaması
A heat pipe based waste heat recovery application
OYA YAŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVAN KARABETOĞLU
- Yüksek güçlü LED'lere yönelik termoelektrik modül ve ısı borulu hibrit soğutma ünitesinin geliştirilmesi
Development of hybrid cooling unit with thermoelectric module and heat pipe for high power LEDs
EMRE ÜRÜN
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiAksaray ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECMETTİN ŞAHİN
- Elektronik cihazlarda termoelektrik soğutucu ve ısı borusu soğutma performansının sayısal olarak incelenmesi
Numerical analysis of thermoelectric cooler and heat pipe cooling performance in electronic devices
GÖKHAN ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABUZER ÖZSUNAR
- Güneş enerjili ısı borusu kullanılarak termoelektrik modüller ile elektrik üretimi deneysel incelemesi
Experimental analysis of electricity generation with thermoelectric modules using solar heat pipes
CELİL YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiYenilenebilir Enerji ve Uygulamaları Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ENGİN ÖZBAŞ
- Yoğunlaştırılmış güneş ışınlarını toplayan termoelektrik dönüşümlü enerji üreten sistemin incelenmesi
Investigation of the system that produces thermoelectric conversion energy by collecting concentrated solar rays
ALİ MURAT MAHMAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
EnerjiOndokuz Mayıs ÜniversitesiYenilenebilir Enerji ve Uygulamaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAVUZ KÖYSAL