Düz plakalı kapalı döngülü atımlı ısı borularının ısı transfer karakteristikleri ve akış davranışının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of heat transfer characteristics and flow behavior of flat plate closed loop pulsating heat pipes
Yazar: KÜBRA AKSOY
Danışman: DOÇ. DR. BURAK MARKAL
Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı boruları = Heat pipes ; Termal enerji = Thermal energy

Özet:
Bu tezde, atımlı ısı borularının ısı transferi karakteristikleri deneysel olarak incelenmiştir. Çalışmada, değişken kesit alanlı kanallara sahip ısı borusu ve üniform kesitli kanallı ısı borusu olmak üzere iki farklı ısı borusu kullanılmıştır. Akış davranışının daha ayrıntılı anlaşılabilmesi için akış görüntüleme de yapılmıştır. Farklı eğim açıları, dolum oranları ve akışkanların, atımlı ısı borusunun ısıl performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışma iki bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde üniform kesitli kanallı ısı borusu kullanılarak %10 − %85 arasında altı farklı dolum oranı ve 0° ve 90° (alttan ısıtma koşulu) olmak üzere iki farklı eğim açısında farklı ısıl yükler altında deneyler yapılmıştır. Eğim açısının 90° olduğu konumda, artan ısıl güç ile bütün dolum oranlarında ısıl direnç azalmaktadır. %40 dolum oranı en iyi ısı transfer performansını göstermektedir. En kötü ısıl performans gösteren dolum oranları %10 ve %85 dolum oranlarıdır. Yatay konumda, hiçbir dolum oranı değerinde ısı borusu düzgün bir şekilde çalışamamaktadır. İkinci bölümde ise metanol, hekzan ve su olmak üzere üç farklı iş akışkanıyla %30, %50 ve %70 dolum oranlarıyla ve 0° 45° ve 90° eğim açılarıyla değişken kesit alanına sahip kanallardan oluşan atımlı ısı borusunda deneyler yapılmıştır. En iyi ısıl performans, hem yatay hem de düşey konumlarda (0° ve 90°) metanol için elde edilmiştir. %50 dolum oranı için ısıl direnç değerleri daha düşük olarak elde edilmiştir. Üniform ve değişken kesitli kanalların karşılaştırması da yapılmıştır. Değişken kesit alanlı kanallardan oluşan ısı borusu, üniform kesitli kanallı ısı borusundan daha iyi ısıl performans göstermiştir ve optimum dolum oranında, yatay konumda bile çalışabilmektedir.

Abstract:
In this thesis, the heat transfer characteristics of the pulsating heat pipes are investigated experimentally. In the study, two different heat pipes having channels with variable cross-sectional area and uniform cross-sectional area were used. Flow visualization was also performed to understand flow behavior in more detail. Effects of different inclination angles, filling ratios and fluids on the thermal performance of heat pipes were investigated. The study consists of two parts. In the first part, experiments were carried out under different thermal loads (bottom heating mode) at two different inclination angles, 0° ve 90°, at six different filling ratios between 10% and 85%, using the heat pipe with uniform cross section channels. In the position where the inclination angle is 90°, the thermal resistance decreases with increasing thermal power at all filling ratios. Filling ratio of 40% showed best heat transfer performance. The worst thermal performances were obtained at filling ratios of 10% and 85%. In the horizontal position, the heat pipe cannot operate properly with any filling ratios. In the second part, experiments were carried out in the pulsating heat pipe consisting of channels with variable cross-sectional area for three different working fluids (methanol, hexane and water), filling ratios (30 %, 50% and 70%) and inclination angles (0° 45° and 90°). The best thermal performance was obtained for methanol in both horizontal and vertical positions (0° and 90°). Lower thermal resistance values were obtained at 50% filling ratio. Comparison of uniform and variable cross-section channels was also made. The heat pipe which consists of channels with variable cross-sectional area showed better thermal performance than the channels with uniform cross-section and can operate even in the horizontal position at the optimum filling ratio.