Çarpmalı akışkan jetlerle kanal içine yerleştirilmiş elemanlardan olan konveksiyonla ısı transferinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of convective heat transfer from electronic components in a channel by impinging jets
Yazar: MUSTAFA KILIÇ
Danışman: PROF. DR. ŞENOL BAŞKAYA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı; tek bir hava jeti kullanarak, dikdörtgen kesitli bir kanalda içinde ısı akısı olan bakır bir plaka ile bir dizi elektronik devre elemanının soğutulmasında akışın ve ısı transferinin incelenmesidir. 

Birinci bölümünde; düz bir plakadan ve bir grup elektronik devre elemanından olan ısı transferi farklı Re sayıları için deneysel olarak incelendi. Parametrik çalışmada Re sayıları 4000-10000 aralığında alındı. Maksimum Nu sayısı Re=8000 değerinde elde edildi.

İkinci bölümünde; ; düz bir plakadan ve bir grup elektronik devre elemanından olan ısı transferi farklı q" ısı akıları için deneysel olarak incelendi. Parametrik çalışmada q" ısı akısı 1000-3000 W/m2 aralığında alındı. q" ısı akısı değiştirildiğinde Nu sayısında belirgin bir değişiklik olmadığı tespit edildi.

Üçüncü bölümünde; düz bir plakadan ve bir grup elektronik devre elemanından olan ısı transferi farklı kanal yükseklikleri için deneysel olarak incelendi. H kanal yüksekliği, Dh jet girişi hidrolik çapı olmak üzere; parametrik çalışmada H/Dh=4, 6, 10 olarak alındı. Kanal yüksekliği arttıkça genel olarak Nu sayısının azaldığı tespit edildi. En yüksek  Nu sayısının H/Dh=4 değerinde elde edildiği tespit edildi.
 Dördüncü bölümünde; ısı transferi farklı akış yönlendirici-jet girişi mesafeleri için deneysel olarak incelendi. N akış yönlendiricinin jet girişine olan mesafesi ve L elektronik eleman boyu olmak üzere; parametrik çalışmada N/L= 0,55-1,50 olarak alındı. En yüksek Nu sayısı N/L=0,7 oranında elde edildi. N/L=0,70 durumunda akış yönlendirici olmaması durumuna göre ortalama Nu sayısında yaklaşık % 7'lik bir artış sağlandığı tespit edildi.

Beşinci bölümünde; ısı transferi farklı akış yönlendirici uzunlukları için deneysel olarak incelendi. K akış yönlendirici uzunluğu ve H kanal yüksekliği olmak üzere; K/H= 0,5-0,9 olarak alındı. K/H =0,5 - 0,8 aralığında akış yönlendirici boyu uzatıldıkça Nu sayısında artma olduğu, K/H=0,9 değerine ulaştığında ise çarpma sonrası ısıl sınır tabakanın kalınlaşmasına bağlı olarak Nu sayısında belirgin bir düşüş olduğu, en yüksek Nu sayısının K/H= 0,8 değerinde oluştuğu tespit edildi.

Altıncı bölümünde; ısı transferi farklı ikinci akış yönlendiricinin jet girişine mesafesi için deneysel olarak incelendi. W ikinci akış yönlendiricinin jet girişine mesafesi ve H kanal yüksekliği olmak üzere; parametrik çalışmada W/H= 0,5-1,5 olarak alındı. Çift akış yönlendirici kullanılmasının tek akış yönlendirici kullanılması durumuna göre alınan esaslar çerçevesinde önemli bir artış sağlamayacağı (% 0,8), en yüksek Nu sayısının W/H= 1 değerinde elde edilebileceği tespit edildi.

Son bölümünde; deneysel ve sayısal çalışmalar karşılaştırıldı. Akış önlendiricinin açısal pozisyonu (?) açısının Nu sayısına etkisi sayısal olarak incelendi. ? = 0º olduğunda, hiç akış yönlendirici kullanılmaması durumuna göre Nu değerinde yaklaşık % 7'lik artış tespit edildi. En yüksek Nu sayısının  ? = 0º değerinde oluştuğu tespit edildi.
Bilim Kodu		: 914.1.065
Anahtar Kelimeler	: Çarpmalı jet, kanal, LDA, akış yönlendirici, ısı transferi        
Sayfa Adedi		: 221
Tez Yöneticisi	         : Prof. Dr. Şenol BAŞKAYA

Abstract:
The aim of this study is to investigate the flow and heat transfer in a rectangular channel during the cooling of a copper plate and an array of electronic components with heat flux by a single impinging air jet. 

In the first part of the study, the heat transfer from a plate and array of electronic components was investigated experimentally for different Reynolds numbers. In the parametric study Reynolds number was taken in the range of 4000-10000. The highest Nu number was achieved for Re=8000. 

In the second part of the study, heat transfer from a plate and array of electronic components was investigated experimentally for different heat fluxes. The heat flux was varied between q"=1000-3000 W/m2. It was observed that there are no significant changes in the Nu number with changes in the heat flux. 

In the third part of the study, heat transfer from a plate and array of electronic components was investigated experimentally for different channel heights. H/Dh was varied as 4, 6 and 10 where H is the channel height and Dh is the hydraulic diameter of the jet inlet. It was observed that in general heat transfer decreases with increasing channel height. The highest Nu number was achieved for H/Dh=4.  

In the fourth part of the study, heat transfer was investigated experimentally for different vortex promoter-jet inlet distances. In the study, N/L was changed in the range of 0.55-1.50, where N is the distance between the vortex promoter and jet inlet and L is the length of the electronic component. The highest Nu number value was achieved for N/L=0.7. It was observed that heat transfer increases approximately 7% for N/L=0.7 compared to the case without vortex promoter.
   
In the fifth part of the study, heat transfer was investigated experimentally for different vortex promoter lengths. In the study, K/H was changed in the range of 0.5-0.9, where K is the length of the vortex promoter and H is the channel height. It was observed that in the range of K/H=0.5-0.8 heat transfer increases with increasing vortex promoter length. It was seen that for K/H=0.9 due to the increasing boundary layer thickness the heat transfer decreased. The highest Nu number was achieved for K/H=0.8.

In the sixth part of the study, heat transfer was investigated experimentally for different jet inlet distance to the second vortex promoter. In the study, W/H was changed in the range of 0.5-1.5 where W is the distance of the second vortex promoter to the jet inlet and H is the channel height. It was observed that using a second vortex promoter has almost no effect on increasing the Nu number in comparison with using one vortex promoter (0,8 %),. The highest Nu number was achieved for W/H=1.

In the last part of the study, experimental and numerical results were compared. In addition, the effect of the angular position of the vortex promoter on the Nu number was investigated numerically. It was observed that, for ?=0° the Nu number increased by 7%, compared to the case without vortex promoter. The highest Nu number was achieved for ?=0°.

Science Code	  : 914.1.065
Key Words	  : Impinging jet, channel, LDA, vortex promoter, heat transfer
Page Number	  : 221
Supervisor	  : Prof. Dr. Şenol BAŞKAYA