Piezo-elektrik konsol fan çalışma karakteristiklerinin belirlenmesi
Working characteristic of a piezo-electric cantilever fan
Yazar: ÖZGÜN ALKIM BOZ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SERHAN KÜÇÜKA
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Doğal taşınım = Natural convection

Özet:
Bu çalışmada, yüzeyleri sabit sıcaklıkta tutulan düşey bir kanal içerisine yerleştirilen piezoelektrik fan etkisi ile kanal yüzeylerinde gerçekleşen ısı transferi sayısal olarak incelenmiştir. Kullanılan piezoelektrik fan, bir ucu sabit ve diğer ucu belirli bir genlik ve frekansta salınım gerçekleştiren konsol fandır. Fanın çalışma genliği değiştirilmiş ve kanal içindeki basınç salınımları ve çevrintilerin değişimleri incelenmiştir. Sayısal çalışmalar COMSOL Multiphysics programında 2 boyutlu model kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Piezofanın hareketi Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) metodu kullanılan otomatik ağ yapısı kullanılarak tanımlanmıştır.  Hareketli ara yüzeyde akışkan–katı ara yüzey etkileşimi tanımlanmış ve çözüm için sonlu elemanlar yöntemi kullanılmıştır. 

     Piezoelektrik fan 4 farklı genlik ve 3 farklı frekansta çalıştırılarak, ısı transferi ve akış doğal taşınımlı kanal durumu ile karşılaştırılmıştır. Piezoelektrik fan kullanılması durumunda, fanın hareketi yüksek hızlara sahip çevrintiler oluşturmakta ve bu çevrintiler duvar yüzeylerine itilerek ısı transferine olumlu yönde etki etmektedir. Kanal içerisindeki ortalama ısı transfer katsayısı ve Nusselt sayıları her bir durum için hesaplanarak fan salınımının etkileri değerlendirilmiştir. Piezoelektrik fanın 12 mm genlik ve 20 hertz frekansta çalıştırılması durumunda, ısı taşınım katsayısında doğal taşınıma göre yüzde 269'lık bir artış olmuştur.  Öte yandan, piezofan uzunluğunun artmasının hava akışını engelleyerek ısı transferinde olumsuz etki yaptığı görülmüştür.

Abstract:
In this study, heat transfer occurred on the channel surfaces by the effect of a piezoelectric fan placed in a vertical channel that surfaces are kept at a constant temperature was investigated numerically. One of the ends of the piezo fan is fixed and other end performs oscillation motion at a certain amplitude and frequency is a cantilever fan. The operating amplitude of the fan has been changed and the pressure oscillations and vortex changes inside the channel have been studied. Numerical studies were carried out using a 2-dimensional model in the COMSOL Multiphysics program. The movement of the cantilever fan is described by the automated mesh structure using the Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method. The fluid-solid interaction (FSI) is deciphered on the moving interface and finite element method is used for the solution. 

     A comparison was made between the study performed natural convection and a piezoelectric fan operated at 4 different amplitudes and 3 different frequencies. The movement of the piezofan creates vortexes with high speeds, and these vortexes which has a positive effect on heat transfer are pushed onto wall surfaces. For each case, the effects of fan oscillation were evaluated based on calculating the average heat transfer coefficient and Nusselt numbers in the channel. The piezoelectric fan which operated at 12 mm amplitude and 20 hertz frequency was the most affect to flow and heat transfer. Transfer coefficient increased 269 percent compared to natural convection. The heat transfer coefficient of the piezo fan with the same operating parameters at different lengths was also investigated. Extension of the piezofan length affected the air flow in negatively.