Yatay yerleştirilmiş değişken kesitli kanatçıklardan doğal taşınım ile ısı transferinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of natural convection from variable cross-section fin arrays on horizontal surface
Yazar: DERYA DOĞAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MEHMET DOĞAN
Bozok Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Elektronik sistemlerin yüksek bir verim ile çalışması için sistemlerin çalışması sonucunda oluşan ısı enerjisinin sistemden uzaklaştırılması gerekmektedir. Aksi takdirde sistemlerin verimleri düşük kalacak, hatta sistemlerin yanmasına bile neden olabilmektedir. Bu sistemlerin soğutulmasında kanatçık dizilerinden faydalanılır. Kanatçık dizileri, ısı transferi yüzey alanını artırarak oluşan ısı enerjisini ortamdan uzaklaştırılmasını sağlar. Kanatçık uç noktasındaki boşluğun kanatçık tabanındaki boşluğunun farklı oranlarına sahip kanatçık dizilerinden doğal taşınım ile ısı transferi farklı kanatçık yükseklikleri için geniş bir Rayleigh sayısı aralığında deneysel olarak araştırılmıştır. Kanatçık taban aralığı, kanatçık uzunluğu ve kanatçık kalınlığı sırasıyla 12, 100, 3 mm de sabit tutulurken, boşluk oranı 0,25-1 ve kanatçık yüksekliği 15-40 mm aralıklarında değiştirilmiştir. Aynı kanatçık yüksekliği ve Rayleigh sayısı için, en iyi performans, dikdörtgensel şekle sahip kanatçık dizilerine göre bu çalışmada test edilen boşluk oranına sahip kanatçık dizilerinden elde edilmiştir. Çalışmaların sonuçları göstermiştir ki kanatçık dizilerinin dizaynını etkileyen önemli geometrik parametreler vardır. Verilen bir Rayleigh sayısı için kanatçık yüksekliğine bağlı Nusselt sayısı, boşluk oranına bağlı bir fonksiyon olarak maksimum değer aldığı tespit edilmiştir. Bu faktörler dikkate alınarak en yüksek Nusselt sayısını veren optimum oran belirlenmiştir. Maksimum ısı transferini veren boşluk oranının C=0,50 ve C=0,75 aralığın da olduğu yapılan deneysel çalışmalar sonucunda elde edilmiştir. Deneysel sonuçlar, optimum oranın özellikle kanatçık yüksekliğine ve Rayleigh sayısına bağlı olduğunu göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: Doğal taşınım, optimum boşluk oranı, kanatçık yüksekliği, kanatçık aralığı, değişken kesitli kanatçık

Abstract:
In order for the electronic circuits to operate efficiently, it is necessary to move away the thermal energy, which occurs in consequence of the operation of systems, from the system. Otherwise, the efficiency of the systems will remain low or that energy will even cause the burning of the systems. Fin arrays are used in the cooling of these systems. Fin arrays provide the removal of the energy from the environment by increasing the surface area of heat transfer. Natural convection heat transfer from the fin array which has different ratio of tip to base fin spacing on a horizontal base has been experimentally investigated at a wide range of Rayleigh numbers for different fin heights. Base fin spacing, fin length and fin thickness were kept fixed at 12, 100 and 3 mm respectively, while the ratio of tip to base fin spacing was varied from 0.25 to 1 and fin height was varied from 15 to 40 mm. For the same fin heights and Rayleigh number, the better performance was obtained from the fin arrays configuration which were tested in this study compared with rectangular fin arrays. The results of the analysis show that there are some important geometrical factors affecting the design of fin arrays. It has been found that for a given Rayleigh number, Nusselt number based on fin height takes maximum values as a function of the ratio of tip to base fin spacing and fin height. Taking into consideration these factors, an optimum ratio that yields the highest Nusselt number has been determined. The results obtained from experimental study show that the ratio of tip to base fin spacing which yields the maximum heat transfer is between C=0.50 and C=0.75. Results also show that optimum ratio depends on especially the fin height and Rayleigh number.

Keywords: Natural convection, variable cross-section fins, fin height, fin spacing, optimal vacancy rate