Mikrokanallarda nanoakışkanların karma taşınımla ısı transferi karakteristiklerinin deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Son yıllarda endüstrinin her alanında kullanılan mekanik veya elektronik cihazların tasarımında, mini ve mikro boyutlu tasarımlara olan eğilim artmıştır. Aynı zamanda elektronik ve mekanik sistemlerin performanslarını yükseltmek için bu cihazların güç tüketimleri ve dolayısıyla soğutma yükleri de arttırılmıştır. Artan soğutma yükleri ve minyatürleşmenin sonucunda oluşan bu küçük hacimlerde çalışmak ancak güvenilir ısı alıcılar ile mümkün olabilir. Mikrokanallı ısı değiştiriciler, yüksek yüzey alanı/hacim oranları sebebiyle küçük hacimlerde az yer kaplamaktadırlar ve yüksek miktarda ısı çekebilmektedirler. Bunun yanında ısı alıcıların boyutlarını minimize etmek veya ısı alıcıların performansını arttırmak, yüksek ısıl performanslı nanoakışkanların kullanımıyla da gerçekleştirilebilir.Bu çalışmada mikrokanllarda nanoakışkanların karma taşınımla ısı transferi karakteristikleri deneysel olarak incelenmiştir. Çalışmada iş akışkanı olarak saf su ve saf su bazlı SiO2 nanoakışkanı kullanılmış, nanoakışkan hacimsel partikül oranları %0.2 ve %0.4 olarak seçilmiştir. Kullanılan akışkanlarının 20-60ºC sıcaklık aralığında ısıl iletkenlik ve viskozite karakterizasyonları yapılmış aynı zamanda nanoakışkanların SEM görüntüleri de alınmıştır. Mikrokanalın hidrolik çapı 500 μm'dir. Deneyler boyunca karma taşınım mekanizmasında çalışabilmek amacıyla Reynolds Sayısı değeri 5-55 aralığında tutulmuş ve test bölgesi 0, 30, 60 ve 90º'lik açılar ile konumlandırılmıştır.

In recent years, inclination towards mini and micro sized design has increased in mechanic or electronic device designs that are used in every field of the industry. Meanwhile, power consumption hence the cooling load of these devices has also been increased in order to meet the increased performance requirements in electronic and mechanic systems. Working in small space resulting from increased cooling loads and miniaturization is only possible with reliable heat sinks. Microchannel heat sinks occupy small spaces in narrow areas and absorb high amounts of heat because of their high surface area/volume ratios. Minimizing heat sink sizes or increasing heat sink performances can also be achieved by using high thermal performance nanofluids.In this study, heat transfer characteristics of nanofluids in microchannels by mixed convection were experimentally evaluated. Pure water and pure water based SiO2 nanofluid were used as work fluid and nanofluid volumetrical particle ratios were selected as 0.2% and 0.4% in the study. Thermal conductivity and viscosity characterizations of work fluids were done in range of 20-60ºC and also SEM visuals of the nanofluids were taken. Hydraulic diameter of microchannel was 500 μm. In order to work under mixed convective conditions throughout the experiments, Reynolds Number values were held in the range of 5-55 and test section was positioned in 0, 30, 60 and 90º angles.