Elektrosprey atomizasyonla sprey ve soğutma karekteristiklerinin belirlenmesi
Determination of spray and cooling characteristics of electrospray atomization
Yazar: RIDVAN YAKUT
Danışman: PROF. DR. KENAN YAKUT
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Buharlaştırarak soğutma = Evaporative cooling

Özet:
Amaç: Mikroişlemciler çalışırken eklem sıcaklıklarının artması; çalışma veriminin düşmesine, ekonomik ömürlerinin azalmasına ve işlevlerini yerine getirememelerine neden olmaktadır. Elektrosprey soğutma düşük akış debilerinde yüksek verimli ve kontrollü soğutma sağlamaktadır. Bu çalışmada mikroişlemcilerin optimum çalışma sıcaklıklarında tutulması amacıyla kurulan deney düzeneğiyle elektrosprey soğutmanın, sprey karakteristikleri ve soğutma performansı belirlenmiştir.
Yöntem: Bu amaç doğrultusunda sprey karakteristiklerini belirlemek için yüksek hızlı kameranın kullanıldığı, soğutma performansını belirlemek için 8 adet ısıl çiftin yer aldığı elektrosprey deney düzeneği kurulmuştur. 2 boy (6,35 – 12,70 mm) ve 3 çaptaki (20G – 22G – 26G) 6 adet kılcal nozula farklı gerilimler (4 – 8 – 12 – 16 kV) uygulanarak, değişen debilerdeki (0,10 – 0,15 – 0,20 ml/dk) dielektrik akışkanların elektrosprey iyonizasyonu sağlanmıştır. 
Bulgular: Akış debisi 0,20 ml/dk'yı aştığında ısı alıcı üzerinde akışkan birikiminin meydana geldiği ve 0,10 ml/dk'nın altında istenilen yüzey sıcaklıklarına ulaşılamadığı için çalışma aralığı 0,10 – 0,20 ml/dk olarak belirlenmiştir. Her iki dielektrik akışkan da mikroişlemcilerin optimum çalışma sıcaklıklığı aralığını sağlamıştır.
Sonuç: Gerilim artışı Soğutma İyileştirme Oranı (SİO) ve ortalama akış hızlarını artırırken, ortalama partikül çaplarının küçülmesine neden olmuştur. Deiyonize su için maksimum SİO (1,9), 12,70 mm uzunluğundaki 26G nozulda, 0,20 ml/dk debi ve 16 kV gerilim değerinde elde edilirken, izopropil alkol için maksimum SİO (1,75), 12,70 mm uzunluğundaki 26G nozulda, 0,10 ml/dk debi ve 16 kV gerilim değerinde elde edilmiştir.

Abstract:
Purpose: The increased joint temperatures while the microprocessors are running causes the operating efficiency to decrease, their economic life to decrease, and their inability to perform their functions. Electrospray cooling provides high efficiency and controlled cooling at low flow rates. In this study, the spray characteristics and cooling performance of electrospray cooling were determined with the experimental setup was developed to keep microprocessors at optimum operating temperatures.
Method: For this reason, an electrospray experimental setup was constituted by high speed camera to observe spray characteristics and 8 thermocouples to determine cooling performance. Electrospray ionization of dielectric fluids were performed for different flow rates (0,10 – 0,15 – 0,20 ml/dk) and voltages (4 – 8 – 12 – 16 kV) in 6 capillary nozzles 2 lengths (6,35 – 12,70 mm) and 3 diameters (20G – 22G – 26G).
Findings: Fluids were accumulated on the heat sink when the flow rate exceeds 0.20 ml/min, as well the optimum operating temperatures were not reached under 0.10 ml/min. Therefore the operating flow rates were set to 0,10, 0,15 and 0,20 ml/min. Both dielectric fluids provided the working temperature range of microprocessors.
Results: It was observed that there were increase in the cooling enhancement ratio (CER) and mean flow velocity values with an increase in voltage, while the mean particle diameter values were decreased. The the maximum CER (1,9) for deiyonized water was obtained for a flow rate of 0,20 ml/min and a voltage of 16 kV in 12.70 mm length of 26G nozzle. Besides the maximum CER (1,75) for isopropyl alcohol was obtained for a flow rate of 0,10 ml/min and a voltage of 16 kV in 12.70 mm length of 26G nozzle.