Üzerinde üçgen kanatçıklar bulunan bir plakanın farklı eğim açıları altında doğal konveksiyon ile ısı transferinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of natural convection heat transfer from a plate with triangular fins at various inclination angles
- Tez No: 1016090
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞÜKRÜ ULAŞ ATMACA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Doğal konveksiyon, Doğal taşınım, Isı transferi, Natural convection
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Konya Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Doğal konveksiyon, dış bir tahrik mekanizması gerektirmeyen pasif soğutma sistemlerinin tasarımında temel ısı taşınım mekanizmalarından birini oluşturmaktadır. Bu çalışmada, yüzeyine 19 adet üçgen kesitli kanatçık işlenmiş 5083 alüminyum alaşımlı bir plakanın farklı eğim açılarında doğal konveksiyon ile ısı transferi performansı deneysel olarak incelenmiştir. Kanatçıklı formda gerçekleştirilen deneylerin ardından, kanatçıklar aynı plaka üzerinde CNC frezeleme ile işlenerek düz levha formu elde edilmiş ve deneyler özdeş koşullar altında yinelenmiştir. Bu yaklaşım, malzeme özellikleri ile sensör konumlarından kaynaklanabilecek belirsizlikleri ortadan kaldırarak kanatçık geometrisinin etkisinin bağımsız biçimde değerlendirilmesini sağlamıştır. Deneysel düzenek, 0° (yatay-yukarı) ile 180° (yatay-aşağı) arasında 15°'lik adımlarla belirlenen 13 farklı eğim açısında ve 8 farklı ısıl güç seviyesinde (0,375 W – 19,98 W) test edilmiştir. Toplam 208 bağımsız deneyi kapsayan çalışmada, plaka yüzey sıcaklıkları kararlı rejim koşullarında 5 adet K-tipi termokupl ile ölçülmüştür. Elde edilen veriler doğrultusunda 1,01·10⁵ ile 6,24·10⁶ aralığındaki Rayleigh sayılarına karşılık gelen ortalama Nusselt sayıları hesaplanmış ve her eğim açısı için Nu = C·Raⁿ formunda deneysel korelasyonlar türetilmiştir. Araştırma sonuçları, kanatçıklar vasıtasıyla 3,14 kat artırılan ısı transfer yüzey alanının, Churchill-Chu korelasyonuna kıyasla toplam soğutma performansını yaklaşık 2,0 ile 2,5 kat (%100–%150) oranında iyileştirdiğini ortaya koymuştur. Sık aralıklı üçgen kanatçıkların akışı kanallaştırma etkisi, sistemi“tam gelişmişe yakın kanal akışı”rejimine yönlendirmiş; bu durum, Nusselt sayısının Rayleigh sayısına duyarlılığını belirgin biçimde azaltmıştır (n ≈ −0,011). Söz konusu kararlı çalışma karakteristiği, pasif soğutma sistemlerinin değişken ısıl yükler altında güvenilir biçimde işlev görmesi açısından önemli bir avantaj sunmaktadır. Özellikle doğal konveksiyonun en zayıf olduğu 180° eğim açısında, düz levhada ısı transferini %32,8 oranında düşüren termal kilitlenme etkisi, kanatçıklı geometri ile azaltılmıştır. Kanatçıklı yapının 0°'den 180°'ye geçişteki performans kaybının %26,8 ile sınırlı kalması, bu geometrinin eğim açısına karşı gösterdiği direnci sayısal olarak doğrulamaktadır. Elde edilen bulgular, montaj açısı değişkenlik gösteren fotovoltaik paneller, elektronik cihazlar ve endüstriyel ısı dağıtıcıların pasif soğutma tasarımına yönelik kapsamlı deneysel veri sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Natural convection is one of the fundamental heat transfer mechanisms in the design of passive cooling systems that do not require an external driving force. In this study, the heat transfer performance of a 5083 aluminum alloy plate, equipped with 19 fins of triangular cross-section, was experimentally investigated under various inclination angles. Following the initial experiments with the finned geometry, the fins were machined off from the same plate using CNC milling to obtain a flat surface, and the experiments were repeated under identical conditions. This methodology eliminated uncertainties arising from material properties and sensor locations, thereby enabling an independent evaluation of the fin geometry's impact. The experimental setup was tested at 13 different inclination angles, ranging from 0° (horizontal-upward) to 180° (horizontal-downward) in 15° increments, and across 8 distinct thermal power levels (0.375 W – 19.98 W). In the study, which encompassed a total of 208 independent experiments, plate surface temperatures were measured using 5 K-type thermocouples under steady-state conditions. Based on the acquired data, average Nusselt numbers corresponding to Rayleigh numbers in the range of 1.01x105 to 6.24x106 were calculated, and experimental correlations in the form of Nu=C⋅Ran were derived for each inclination angle. The research results revealed that the heat transfer surface area, increased by a factor of 3.14 through the fins, enhanced the overall cooling performance by approximately 2.0–2.5 times (100%–150%) relative to the flat-plate prediction based on the Churchill–Chu correlation. The flow channeling effect of the closely spaced triangular fins shifted the system toward a“near-fully developed channel flow”regime; this significantly reduced the sensitivity of the Nusselt number to the Rayleigh number (n≈−0.011). This stable operating characteristic offers a significant advantage for passive cooling systems to function reliably under variable thermal loads. Particularly at the 180° inclination angle, where natural convection is at its weakest, the thermal stagnation effect—which reduces heat transfer by 32.8% in flat plates—was mitigated by the finned geometry. The fact that the performance loss of the finned structure remained limited to 26.8% when transitioning from 0° to 180° numerically validates the geometry's resilience to inclination angles. The findings provide comprehensive experimental data for the passive cooling design of photovoltaic panels, electronic devices, and industrial heat sinks with variable mounting angles.
Benzer Tezler
- 1985-1986 yıllarında Polatlı Devlet Hastanesine kaza nedeniyle başvuranların incelenmesi
Başlık çevirisi yok
FERHAN ŞENOL
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
İlk ve Acil YardımGazi ÜniversitesiKazaların Çevresel ve Teknik Araştırması Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. HİKMET PEKCAN
- Çimentonun sertleşmesi üzerinde kimyasal komponentlerin etkisi
Başlık çevirisi yok
NACİYE TÜRKEL
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Kimya MühendisliğiUludağ ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA CEBE
- Buğdayda farklı melezleme teknikleri kullanarak tohum tutma oranının saptanılması
Başlık çevirisi yok
İSMAİL TÜZÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
ZiraatUludağ ÜniversitesiTarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİS RUHİ EKİNGEN
- İzmir'de bazı yolların kapatılarak yaya bölgeleri oluşturma da kent peyzajını geliştirme açısından yeniden planlanması üzerinde araştırmalar
Başlık çevirisi yok
BAHAR TÜRKYILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Şehircilik ve Bölge PlanlamaEge ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
- Pik demiri ve karbon çeliğinin sulu çözeltiler içindeki korozyon hızının tayini
Determination of the rate of corrosion of the cast iran and carbon steel in the aqueous solutions
EMİNE NAZAN ÜNAL
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAYRİ YALÇIN