Mikro pim tipi kanatçıklara sahip ısı alıcılarda kaynamalı akışın deneysel incelenmesi
Experimental investigation of flow boiling in heat sinks with micro pin fins
Yazar: BEYZANUR KUL
Danışman: DOÇ. DR. BURAK MARKAL
Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Akış = Flow ; Genişleme = Enlargement ; Isı alıcıları = Heat sinks ; Kanatçıklar = Blades ; Mikrokanal = Microchannel

Özet:
Bu tez çalışmasında, farklı geometrik düzenlemelere sahip mikrokanallı ısı alıcılarda, deiyonize su kullanılarak, kaynamalı akış deneyleri yapılmış ve geometrik özelliklerin etkileri ile ısı ve akış karakteristikleri incelenmiştir. Isı alıcılar, üçü özgün geometriye ve ikisi karşılaştırmalı analiz için konvansiyonel geometriye sahip olmak üzere beş adettir. Farklı kütle ve ısı akılarında çalışılmıştır. Mikroskopla bütünleşik yüksek hızlı kamera kullanılarak saniyede 1000 görüntü alınmıştır. Özgün geometrili ısı alıcılar kabarcık dinamiği dikkate alınarak tasarlanmış olup, kare kesitli mikro pim tipi kanatçıklara sahiptir ve kanatçık sayısı ana akış doğrultusunda azalan yapıdadır. Aralarındaki farklılık ise; düzgün veya kaydırılmış sıralı kanatçık yerleşimi, yapay kabarcıklaşma oyuklarının olup olmaması ve akış doğrultusundaki kesit genişleme miktarı ile ilişkilidir. Özgün geometrilerin tümü konvansiyonel geometrilere kıyasla ısı transferini iyileştirmiştir. En iyi ısıl performans ise kare kesitli, düzgün sıralı mikro pim tipi kanatçıklardan oluşan; kanatçık sayısı kanal çıkışına doğru azalan ve yapay kabarcıklaşma oyuklarına sahip ısı alıcıda elde edilmiştir. Akış görüntüleri aracılığıyla, akışın fiziksel mekanizması irdelenmiş ve önemli akış karakteristikleri literatüre sunulmuştur.

Abstract:
In this thesis, by using deionized water, flow boiling experiments were conducted in microchannel heat sinks having different geometrical configurations, and effects of geometrical characteristics as well as heat and flow characteristics were investigated. There are five heat sinks; three of them have novel geometry, and two of them have conventional geometry for comparative analysis. Experiments were conducted at different mass and heat fluxes. 1000 images per second were taken using a high-speed camera integrated with the microscope. The heat sinks having novel geometry were designed depending on bubble dynamics; and they have square micro pin fins, and the number of fins decreases in the main flow direction. The difference between them are related to inline or staggered layout of fins, existence, or non-existence of artificial nucleation sites, and enlargement level of cross section in the flow direction. All the novel heat sinks enhanced heat transfer compared to conventional counterparts. The best thermal performance is obtained for the heat sink having square cross-section, inline micro pin fins of which the number decreases towards channel outlet, and having artificial nucleation sites. Via the flow images, the physical mechanism of the flow was scrutinized, and important flow characteristics were introduced to the literature.