Dikdörtgen mikrokanallarda eliptik kanatçıkların ısı transferi ve akış davranışı üzerindeki etkilerinin sayısal incelenmesi
Computational study on the effect of elliptical fins in heat transfer and flow behavior in retengular microchannel
- Tez No: 992959
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MAHDI TABATABAEI MALAZI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Mikrokanal, Eliptik Kanatçıklar, Nusselt Sayısı, Basınç Düşüşü, PEC, Microchannel, Elliptic Pin-Fins, Nusselt Number, Pressure Drop, PEC
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Aydın Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Elektronik cihazların sürekli olarak küçülmesi ve artan güç yoğunlukları, etkili ısı yönetimi yöntemlerinin geliştirilmesini gerekli kılmaktadır. Mikrokanal, kompakt boyutları ve yüksek yüzey alanı/hacim oranı sayesinde bu alanda çözümler sunmaktadır. Ancak, bu sistemlerin termal performansını basınç kayıplarını fazla artırmadan iyileştirmek önemli bir mühendislik problemidir. Bu çalışmanın amacı, eliptik kanatçıklarla donatılmış dikdörtgen mikrokanalların termal ve hidrolik performansını değerlendirmektir. Özellikle, kanatçık geometrisi, yerleşimi ve akış koşullarının ısı transferi ve basınç düşüşü üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışmada, iki sıra eliptik pin kanatçık içeren bir mikrokanalda laminer su akışı, üç boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemiyle ve Ansys Fluent yazılımı yardımıyla modellenmiştir. Simülasyonlarda farklı konfigürasyonlar incelenmiş; aralık-çap oranları (l/d = 2, 4, 6), kanatçık-yükseklik oranları (h/H = 0,25, 0,5, 0,75), açılar (α = 0°, 45°, 90°) ve Reynolds sayıları (Re = 60, 120, 180, 240) değiştirilmiştir. Ortalama çıkış sıcaklığı, basınç düşüşü, Nusselt sayısı ve Performans Değerlendirme Kriteri (PEC) gibi temel performans parametreleri hesaplanmıştır. Parametreler göstermektedir ki Reynolds sayısının artışına bağlı olarak Nusselt sayısı ve basınç farkları artış eğilimindedir. Nusselt sayısındaki bu artış ile basınç farkı artmakta olup pompa gücünde ihtiyaç da beraberinde gelmektedir. Sonuçlar, kanatçık sayısı, yüksekliği ve açıları arttıkça termal performansın arttığını, ancak bu artışların daha yüksek basınç düşüşleriyle birlikte geldiğini göstermiştir. Kanatçık konfigürasyonları üzerindeki değişiklikler ile optimum PEC değeri bulunmaya çalışılmış olup 45° açıya sahip, l/d = 2 ve h/H = 0,75 oranlarındaki kanatçıklarda bu değer elde edilmiştir. Eliptik pin kanatçıklar, mikrokanallardaki ısı transferi ve akış davranışını önemli ölçüde etkilemektedir. Bu çalışma, mikrokanal ısı alıcılarının tasarımında eliptik açılı kanatçıkların etkinliğini vurgulamakta ve termal performansı artırmak için yol gösterici bilgiler sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The continuous miniaturization of electronic devices and increasing power densities necessitate the development of effective thermal management strategies. Microchannel offer promising solutions in this field due to their compact size and high surface area-to-volume ratio. However, improving the thermal performance of these systems without causing excessive pressure losses remains a significant engineering challenge. The aim of this study is to evaluate the thermal and hydraulic performance of rectangular microchannels equipped with elliptical pin fins. Specifically, the effects of fin geometry, arrangement, and flow conditions on heat transfer and pressure drop characteristics are examined. In the study, laminar water flow through a microchannel with two rows of elliptical pin fins was modeled using three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) with the aid of ANSYS Fluent software. Various configurations were analyzed in the simulations, including fin spacing-to-diameter ratios (l/d = 2, 4, 6), fin-to-channel height ratios (h/H = 0,25, 0,5, 0,75), orientation angles (α = 0°, 45°, 90°), and Reynolds numbers (Re = 60, 120, 180, 240). Key performance parameters such as average outlet temperature, pressure drop, Nusselt number, and the Performance Evaluation Criterion (PEC) were calculated. The parameters indicate that with the increase in Reynolds number, both the Nusselt number and pressure differences tend to increase. As the Nusselt number rises, the pressure drop also increases, leading to a higher pumping power requirement. The results show that as the number, height, and angle of the fins increase, thermal performance improves; however, these improvements are accompanied by higher pressure drops. By varying the fin configurations, an optimum PEC value was sought, and this value was achieved with fins having a 45° angle, l/d = 2, and h/H = 0.75 ratios. Elliptical pin fins significantly affect heat transfer and flow behavior in microchannels. This study highlights the effectiveness of angled elliptical fins in the design of microchannel heat sinks and provides guiding insights for enhancing thermal performance.
Benzer Tezler
- Development of microfluidic systems for differential sorting of microparticles and investigation of their performances
Mikro partiküllerin ayrıştırılması için mikro akış sistemlerinin geliştirilmesi ve performanslarının incelenmesi
KAAN ERDEM
Doktora
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFULLAH KUDDUSİ
PROF. DR. ALİ KOŞAR
- Fluid mixing efficiency enhancement in microchannels having spiral elliptic and curved structures with various baffle geometries
Spiral eliptik ve farklı engel geometrilerine sahip kavisli mikro kanallarda akışkan karıştırma verimliliğinin artırımı
RANA ALTAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KOŞAR
- Flow boiling of hfe-7000 in minichannels with structured surfaces
Yapılandırılmış yüzeylere sahip mini kanallarda hfe-7000'inakış kaynaması
MANDANA MOHAMMADILOOEY
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KOŞAR
- Dikdörtgen kesitli mikrokanallarda ZnO-etilen glikol nanoakışkanının akış ve ısı transferi karakteristiklerinin sayısal olarak modellenmesi
Computational modeling of fluid flow and heat transfer characteristics of ZnO-ethylene glycol nanofluid through rectangular cross-sectioned microchannels
CÜNEYT UYSAL
Doktora
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KAMİL ARSLAN
- Dikdörtgen kesitli mikrokanallarda akış kaynama karakteristiklerinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of flow boiling characteristics in rectangular microchannels
GİRAYHAN ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiErzurum Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EYÜPHAN MANAY