Serpantin tip minikanallı bir ısı alıcısında bypass akışın ısıl performans üzerindeki etkisinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effect of bypass flow on thermal performance in a serpentine type minichannel heat sink
- Tez No: 1019687
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TOLGA DEMİRCAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Enerji, Mechanical Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Minikanal, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD), ısı transferi, akışkanlar mekaniği, deneysel metot, Minichannel, computational fluid dynamics (CFD), heat transfer, fluid mechanics, experimental method
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kırıkkale Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Teknolojik gelişmelerin ilerlemesiyle, elektronik cihazların boyutları küçülmüştür. Bu elektronik cihazların en önemli parçalarından birisi işlemcilerdir. İşlemciler çok küçük alanlarda çalışırken önemli miktarda ısı yaymaktadır. Bu çalışmada tipik bir işlemcinin yaydığı ısı ele alınarak; ısı alıcıların minikanallarla soğutulması hedeflenmiştir. Minikanalın taban alanı 70x70 mm2 ve hidrolik çapı 2 mm olarak belirlenmiştir. Bu minikanalda serpantin kanallar arasına bypass kanalları ve ara kanallar eklenerek farklı geometri desenleri ile model geometrileri oluşturulmuştur. Tüm bu geometrilerde minikanalın tabanına sabit 2,44898 W/cm2 ısı akısı (120 W) uygulanarak, 6 farklı akışkan debisi (120-160-200-240-280-320 ml/dk) için oluşan ısı transferi incelenmiştir. Bypass kalınlığının, yönünün ve ara kanal sayısının ısı transferine etkisi sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Sayısal ve deneysel olarak aynı metodoloji ile 25 farklı minikanal geometrisi incelenmiştir. 150 adet sayısal, 150 adet deneysel olmak üzere toplamda 300 adet parametre grubu için ısı transferi veriler elde edilmiştir. Değişen debi ve değişen geometrilerde; sabit ısı akısı, sabit akışkan giriş sıcaklığı ile aynı cins akışkan olarak kullanılan su için sonuçlar elde edilmiştir. Sayısal ve deneysel olarak elde edilen verilerin birbiriyle uyumu irdelenmiştir. Bu kapsamda Nusselt sayısı, ortalama sıcaklığı, yüzey sıcaklığı ve çıkış sıcaklığı için sayısal ve deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır. Geometri bazlı yapılan irdelemelerde sayısal ve deneysel sonuçların birbirleriyle uyumlu olduğu görülmüştür. Yapılan incelemelerde bypass kalınlığının en düşük olduğu 0,5 mm'de ısı transferi olarak en iyi sonuçlar elde edilmiştir. Ancak 1,5 mm'lik bypass kalınlığının ısı transferini olumsuz etkilediği belirlenmiştir. Ara kanal sayısındaki artışla Nusselt sayılarında artış gözlenmiştir. Bypass yönü olarak ise sol yönün sağ yöne göre ısı transferini daha çok arttırdığı tespit edilmiştir. Çalışma kapsamında incelenen geometrilerin takibi oluşturulan modellerin isimleri SCX_Y_Z formatı ile kodlanmıştır. Bu isimlendirmede“SC”serpantin tip minikanalı,“X”bypass kanal yönünü (R: sağ, L: sol),“Y”bypass kanal kalınlığını ve“Z”ara kanal sayısını temsil etmektedir. Isı transferi olarak en yüksek artışın 3 ara kanallı ve 0,5 mm bypass kanallı geometrilerde gerçekleştiği görülmüştür. Deneysel olarak SCR_0,5_3 ve SCL_0,5_3 geometrileri bypass olmayan SC geometrisine göre Nusselt sayısını debilere göre ortalama olarak sırasıyla %34 ve %38 artırmıştır. Sayısal olarak SCR_0,5_3 ve SCL_0,5_3 geometrileri SC geometrisine göre Nusselt sayısını debilere göre ortalama olarak sırasıyla yaklaşık %37 ve %39 oranında artırmıştır.
Özet (Çeviri)
With advancements in technology, the size of electronic devices has decreased. Processors are one of the most important components of these electronic devices. Processors generate significant heat while operating in very small spaces. This study aims to cool heat sinks using minichannels, considering the heat generated by a typical processor. The base area of the minichannel was determined as 70x70 mm² and the hydraulic diameter as 2 mm. Different geometric patterns and model geometries were created by adding bypass channels and intermediate channels between the serpentine channels in this minichannel. In all these geometries, a constant heat flux of 2.44898 W/cm² (120 W) was applied to the base of the minichannel, and the heat transfer was investigated for 6 different fluid flow rates (120-160-200-240-280-320 ml/min). The effects of bypass thickness, direction, and the number of intermediate channels on heat transfer were investigated numerically and experimentally. Using the same methodology, 25 different minichannel geometries were examined numerically and experimentally. Heat transfer data were obtained for a total of 300 parameter groups, 150 of which were numerical and 150 experimental. Results were obtained for varying flow rates and geometries, with constant heat flux, constant fluid inlet temperature, and water as the same type of fluid. The agreement between the numerically and experimentally obtained data was examined. In this context, numerical and experimental results were compared for Nusselt number, mean temperature, surface temperature, and outlet temperature. Geometry-based analyses showed that the numerical and experimental results were consistent. The investigations revealed that the best heat transfer results were obtained at the smallest bypass thickness of 0.5 mm. However, a bypass thickness of 1.5 mm negatively affected heat transfer. An increase in Nusselt numbers was observed with increasing number of intermediate channels. Regarding the bypass direction, it was determined that the left side increased heat transfer more than the right side. The models created to track the geometries examined in this study were coded using the SCX_Y_Z format. In this nomenclature,“SC”represents the serpentine type minichannel,“X”represents the bypass channel direction (R: right, L: left),“Y”represents the bypass channel thickness, and“Z”represents the number of intermediate channels. The highest increase in heat transfer was observed in geometries with 3 intermediate channels and a 0.5 mm bypass channel. Experimentally, the SCR_0.5_3 and SCL_0.5_3 geometries increased the Nusselt number by approximately 34% and 38%, respectively, on average, compared to the non-bypass SC geometry, depending on the flow rates. Numerically, the SCR_0.5_3 and SCL_0.5_3 geometries increased the Nusselt number by approximately 37% and 39%, respectively, on average, compared to the SC geometry, depending on the flow rates.
Benzer Tezler
- Elektrikli araç bataryalarının farklı metodlarla soğutulmasının deneysel ve sayısal analizi
Experimental and numerical analysis of the cooling of electric vehicle batteries with different methods
ORHAN KALKAN
Doktora
Türkçe
2021
EnerjiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KADİR BAKIRCI
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ CELEN
- Karşıt akışlı kapalı tip soğutma kulelerinde nanoakışkanlar kullanılarak kondenser soğutucu akışkanının ısıl performansının optimize edilmesi
Optimization of the thermal performance of condenser coolant fluid using nanofluids in counter-flow closed-circuit cooling towers
HAKAN KEMER
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Enerjiİstanbul Medeniyet ÜniversitesiÇevre ve Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. YASİN KARAGÖZ
- Serpantin kanallı proton aktaran membran yakıt hücresinin sayısal çözümü
Numerical solution of proton exchange membrane fuel cell with serpantine channel
HASAN GÜNÜŞEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABUZER ÖZSUNAR
- Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi Hastanesi 5. kısım güneşli sıcak su sisteminin uzun süreli veriminin incelenmesi
Başlık çevirisi yok
İSMAİL ATİK
- Elektrikli araçlarda batarya termal yönetim sistemlerinin optimum tasarım
Optimum design of battery thermal management system of electric vehicles
EMRE BULUT
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERRUH ÖZTÜRK