Bir kısmı kesilmiş ısı alıcılarından meydana gelen minikanalların ısıl ve akış performansının sayısal olarak incelenmesi ve optimizasyonu
Numerical investigation and optimization of fluid flow and heat transfer performances of cross-cut heat sinks
Yazar: UMUT ÇINGI
Danışman: DOÇ. DR. ABUZER ÖZSUNAR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Minikanallı ısı alıcılar, küçük bir alandan yüksek miktarda ısı transfer edilmesine olanak sağladığı için yükek ısı oluşumu gözlenen elektronik eleman soğutulması uygulamalarında kullanılmaya başlanmıştır. Bu çalışmada üzerinde boşluk bulunan minikanallı ısı alıcılarının akış ve ısıl performansı sayısal olarak incelenmiştir. 
Isı alıcısındaki akış analiz edilerek akışın Reynolds sayısının, kanal akışlarındaki kritik Reynolds sayısı olan 2300 değerinden fazla olduğu tespit edilmiştir. Bu sebeple akışın türbülanslı olduğu belirlenmiş ve yapılan sayısal analizlerde türbülans etkileri dikkate alınarak uygun türbülans parametreleri çözüme dahil edilmiştir. Elde edilen sayısal çözümler literatürdeki deney sonuçları ile karşılaştırılarak doğrulanmıştır. 
Isı alıcısının akış ve ısıl performansını etkileyen geometrik parametreler birbirinden bağımsız olarak incelenmiştir. Isıl performansı etkileyen başlıca geometrik parametreler kanal genişliği ve kanallar üzerinde bulunan boşluğun uzunluğu olarak belirlenmiştir. 
Kanal genişliği değeri olarak 1mm ile 3mm arasındaki değerler incelenmiştir. Kanal genişliğindeki artışın akış ve ısıl performansı arttırdığı fakat belirli bir alana yayılan kanatçık sayısının genişliğin artışı ile azalacağı ve bu durumun ısıl performansı olumsuz yönde etkileyeceği değerlendirilmiştir. 
Kanallar arasındaki boşluk mesafesi olarak 3mm ile 10mm arasındaki değerler incelenmiştir. Isıl performans açısından ise boşluk mesafesinin artmasının 6mm değerine kadar performansı azalttığı bu noktadan sonra ise ısıl performansın arttığı belirlenmiştir.
Yapılan analizler sonrasında C programlama dilinde bir kod yazılarak fan gücünün 0,01W, 0,05W ve 0,1W değerleri için kanalın ısıl direncinin en düşük olacağı kanal genişliği, kanallar arasındaki boşluğun uzunluğu ve akışkanın sisteme giriş hızı parametreleri belirlenmiştir.

Abstract:
Minichannel heat sinks are used extensively since their ability to transfer large amount of heat load from small space. In this study thermal and flow performance of cross-cut heat sinks are investigated numerically.
The flow characteristics in the heat sinks are investigated such that Reynolds number of the flow is found to be greater than that of critical Reynolds number in the internal flows which is specified as 2300. Consequently the flow is turbulent and the turbulence effects are taken into account in the analyses.  Then the results of numerical analyses are compared to the experimental results in the literature.
Parameters that affect the flow and thermal performance of the heat sinks are analyzed individually. The geometric parameters that affect performance of cross-cut heat sinks are determined to be channel width and cross-cut length.
The values fall into interval 1mm and 3mm are investigated as channel width. Increase in channel width results in increase in flow and thermal performance. However for a fixed value of total heat sink width increase in channel width will lower the number of channels in the heat sink which will decrease the thermal performance. 
The values fall into interval 3mm and 10mm are investigated as cross-cut length. As the cross cut length increases the flow performance of the heat sink is also increased. Thermal performance is decreased up to the value of 6mm for values greater than 6mm thermal performance began to increase.
After the numerical investigations, an optimization code in written in C programming language. Then the code is used to find optimized values of channel width, cross-cut length and inlet velocity of the fluid for 0,01W, 0,05W and 0,1W values of pumping power. 
The results obtained from numerical analyses are compared to the thermal resistance values in the literature. For pumping power of 0,01W obtained thermal resistance value is %14,8 smaller, for pumping power of 0,05W obtained thermal resistance value is %9,7 smaller and for pumping power of 0,1W obtained result is %3,12 greater than the result in the literature.