Serpantin kanallı soğutma plakalarının termohidrolik analizi ve optimizasyonu
Thermohydraulic analysis and optimization of serpentine channel cold plates
- Tez No: 997650
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ORHAN KALKAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Soğutma plakası, ısıl yönetim sistemleri, sıvı soğutma yöntemi, hesaplamalı akışkanlar dinamiği, optimizasyon, Isı enerjisi, Cold plate, thermal management systems, liquid cooling method, computational fluid dynamics, optimization, Heat energy
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erzincan Binali Yıldırım Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yüksek yoğunluklu enerji sistemleri, elektronik devreler ve batarya paketleri gibi cihazların istenilen sıcaklık aralıklarında çalışmaları ısıl yönetim sistemleri ile sağlanmaktadır. Bu sistemlerin en kritik elemanlarından birisi de soğutma plakalarıdır. Bu çalışmada, belirli çalışma şartları altında soğutulan sıvı soğutma plakasının ısıl ve hidrolik performans davranışları deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel analizde, sıvı soğutma yöntemi ile serpantin kanallı soğutma plakasının soğutulma işlemi 10 °C, 15 °C, 20 °C su giriş sıcaklıkları, 0,1 L/dk, 0,5 L/dk, 0,9 L/dk hacimsel debi ve 75 W, 100 W ve 125 W ısıl güç çalışma şartları altında gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma şartları altında soğutma plakasının, plaka yüzey sıcaklık dağılımları, soğutma sıvısı sıcaklık değişimleri ve oluşan basınç kayıpları ölçülerek göstermiş olduğu soğutma performansı analiz edilmiştir. Sayısal analiz yönteminde ise hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanılarak sistemin sayısal modeli oluşturulup elde edilen deneysel verilerle doğrulama çalışması yapılmıştır. Daha sonra soğutma plakasının performansına; hacimsel debi (V ̇), soğutma sıvısı giriş sıcaklığı (T_g), kanal giriş çapı (D_i), akışkan türü, kanal genişleme oranı (θ) ve plaka malzemesinin etkileri incelenmiştir. Sonuç olarak, 0,9 L/dk su hacimsel debisi, 10 °C soğutma sıvısı giriş sıcaklığı, 100/0 su/etilen-glikol karışım oranı, 4,5 mm kanal giriş çapı, 4,5 mm kanal genişleme oranı ve bakır malzeme türü şartlarında soğutma plakası yüzeyinde gelişen ortalama ve maksimum sıcaklığın en düşük değerleri hesaplanmıştır. Ek olarak soğutma plakasının çok amaçlı optimizasyonu yapılmıştır. V ̇, T_g, D_i ve θ bağımsız parametreleri ile yapılan optimizasyon sonucunda optimum performans değerleri sırasıyla, 0,5 L/dk, 11,16 °C, 4,47 mm ve 1,49 mm olarak hesaplanmıştır.
Özet (Çeviri)
High-density energy systems, electronic circuits, and battery packs require thermal management systems to operate within desired temperature ranges. Cold plates are one of the most critical components of these systems. In this study, the thermal and hydraulic performance behavior of a liquid cold plate cooled under specific operating conditions was investigated experimentally and numerically. In the experimental analysis, the cooling process of a serpentine channel cold plate was carried out using the liquid cooling method under water inlet temperatures of 10 °C, 15 °C, and 20 °C, volumetric flow rates of 0.1 L/min, 0.5 L/min, and 0.9 L/min, and thermal power operating conditions of 75 W, 100 W, and 125 W. Under these operating conditions, the cooling performance of the cold plate was analyzed by measuring the plate surface temperature distributions, coolant temperature variations, and pressure drops. In the numerical analysis method, a numerical model of the system was created using computational fluid dynamics, and a validation study was performed with the obtained experimental data. Subsequently, the performance of the cold plate was evaluated using; The effects of volumetric flow rate (V̇), coolant inlet temperature (T_g), channel inlet diameter (D_i), fluid type, channel expansion ratio (θ), and plate material were investigated. As a result, 0.9 L/min water volumetric flow rate, 10 °C cooling fluid inlet temperature, 100/0 water/ethylene-glycol mixture ratio, 4.5 mm channel inlet diameter, 4.5 mm channel expansion ratio, and copper material type, the minimum values of the average and maximum temperatures developing on the cooling plate surface were calculated. In addition, a multi-objective optimization of the cold plate was performed. As a result of the optimization performed with the independent parameters V̇, T_g, D_i and θ, the optimum performance values were calculated as 0.5 L/min, 11.16 °C, 4.47 mm, and 1.49 mm, respectively.
Benzer Tezler
- Elektrikli araçlarda batarya termal yönetim sistemlerinin optimum tasarım
Optimum design of battery thermal management system of electric vehicles
EMRE BULUT
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERRUH ÖZTÜRK
- Elektrikli taşıtlarda batarya soğutma sisteminin iyileştirme yöntemlerinin araştırılması
The investigation on the improvements of battery cooling systems of electric vehicles
FATİH MEHMETHAN NAVGASIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Otomotiv MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN SEVİLGEN
- Isı geçiş performansının arttırılması amacı ile mini kanallı ısı emicilerde nanoakışkan ve fin kullanımının sayısal analizi ve makine öğrenmesi ile modellenmesi
Numerical analysis of nanofluid and fin use in mini channel heat sinks for the purpose of increasing heat transfer performance and modelling with machine learning
İSMET FARUK YAKA
- Investigation of microchannels heat exchangers for condensers
Yoğuşturucular içın mikrokanallı ısı değiştirgeçlerinin araştırılması
FURKAN TUĞBERK SEVENCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüEnerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDAL ÇETKİN
- Thermal effect reduction in electrical vehicle battery using liquid cooling techniques
Başlık çevirisi yok
HASSNAIN F. ABASS
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiAltınbaş ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YASER ALAIWI