Dikdörtgen kesitli mikrokanallarda akış kaynama karakteristiklerinin deneysel incelenmesi

Abstract

Mikrokanallarda kaynamalı akış ısı transferi açısından yüksek performans potansiyeline sahip olmasına karşın, kaynama prosesi sırasında görülen akış kararsızlıkları, basınç dalgalanmaları ve yüksek basınç düşümü mikrokanalların endüstriyel olarak yaygınlaşmasının önünde en büyük engellerden biridir. Kanal boyutlarının küçük olması kabarcıkların kanal içerisinde büyümesini engelleyerek akış doğrultusunda kanal boyutlarıyla sınırlandırılmış uzayan kabarcıkların oluşumuna neden olmaktadır. Bu durum ise akış kaynama sırasında kabarcık oluşum dinamiğini, akış rejimlerini, ısı transfer karakteristiklerini ve basınç düşümünü önemli ölçüde değiştirmektedir. Bu çalışmada, mikrokanallı ısı alıcılarda kanal yüksekliğinin kaynamalı akış ısı transferi ve basınç düşümü karakteristikleri üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Kanal yüksekliğinin (H=300 µm ve H=450 µm) yanısıra, farklı ısı akısı ve kütlesel akıların da kaynamalı akışta kabarcık oluşum dinamiği, ısı transferi ve basınç düşümü üzerindeki etkileri zamana bağlı değişimleri inceleyebilen mikro PIV sistem kullanılarak incelenmiştir.

Although boiling flow in microchannels has high performance potential in terms of heat transfer, flow instabilities, pressure fluctuations and high pressure drop during the boiling process are one of the major obstacles to the industrial expansion of microchannels. The small size of the channel prevents the growth of the bubbles in the channel and causes the formation of elongated bubbles limited by the channel dimensions in the flow direction. This significantly changes the bubble formation dynamics during flow boiling, flow regimes, heat transfer characteristics and pressure drop. In this study, the effects of channel height on the boiling flow heat transfer and pressure drop characteristics of microchannel heat sinks were investigated experimentally. In addition to the channel height (H = 300 µm and H = 450 µm), the effects of different heat flux and mass fluxes on the bubble formation dynamics, heat transfer and pressure drop in the boiling flow were investigated using a micro PIV system.