Modifiye grafit köpük ile hava arasındaki ortalama hacimsel ısı taşınım katsayısının tayini

Abstract

Bu çalışmanın temel amacı, eşsiz termal ve fiziksel özeliklerinden dolayı elektronik bileşenlerin ısıl kontrolünde gelecek vaadeden modifiye gözenekli grafit malzeme ile hava arasındaki ortalama hacimsel ısı taşınım katsayısını (hv) veya Nusselt (Nufs) sayısını, zamana bağlı tek akım yöntemi (transient single-blow technique) vasıtasıyla Reynolds sayısının (Re = 1000-10000) fonksiyonu olarak boyutları (L/H = 0.69-5.07) arasında değişen dokuz farklı örnek için ampirik bağıntılar ile ifade etmektir. Zamana bağlı tek akım yöntemi deneysel çalışma neticesinde malzeme çıkışında zamanın fonksiyonu olarak okunan akışkan sıcaklığının, deneysel giriş sınır koşullarını kullanmak suretiyle iki enerji denklemine dayalı bir boyutlu zamana bağlı sayısal modelden ortalama hacimsel ısı taşınım katsayısının tahmin edilen bir değeri için elde edilmesi olarak tanımlanır. Sayısal modelin bir boyutlu olarak ifade edilmesi nedeniyle deneysel çalışma esnasında katı sıcaklığının sadece akış yönünde değişip değişmediği farklı noktalardan sıcaklık ölçmek suretiyle kontrol edilmiş ve bir boyutlu modelin geçerliliği ayrıca ortaya konulmuştur. Deneysel çalışmanın sonrasında sayısal modele dayalı olarak MatLab ortamında geliştirilen simülasyon programı ile her bir örnek için ortalama hacimsel Nusselt sayısı (Nufs) Re sayısının fonksiyonu olarak Nufs =aReb formunda ampirik bir eşitlik ile ifade edilmiş olup a ve b sabitleri doğrusal regresyon yöntemi ile tayin edilmiştir. Ayrıca elde edilen sonuçlardan Nufs sayısının, Re sayısı ve örnek uzunluğunun artması ile birlikte arttığı, malzeme yüksekliğinin artması ile birlikte belirli bir değere kadar arttığı sonrasında ise kayda değer bir değişim göstermediği gözlemlenmiştir.

Graphite foam is considered to be frequently used in the future for thermal management of electronic components due to its unique thermal and physical properties. The main purpose of this project is to express an empirical correlation for the volumetric heat transfer coefficient (hv) or volumetric Nusselt number (Nufs) between the modified graphite foam material and air as function of Reynolds number (Re = 1000-10000) for nine different samples ranging in size (L/H = 5.07-0.69) by using transient single blow technique. Transient single blow technique is defined as; measured time dependent fluid temperature at the exit of the sample from the experimental study is tried to obtain for a predicted value of volumetric heat transfer coefficient by using developed transient-one dimensional mathematical model based on the two energy equations, and the experimental boundary conditions. Validity of one dimensional model has been also shown by measuring the solid phase temperature at different points during the experiments. After the experimental study, Nufs for each sample as a function of Re number is expressed by an empirical equation in the form of Nufs = aReb with the help of the simulation program based on the proposed numerical model and developed in MatLab environment. a and b constants of empirical equation are determined by linear regression method. In addition to it is observed from the results that the Nufs number increases with the increasing values of samples length and Re number, and also an increase in sample height increases the Nufs number but this is only valid up to a certain value of sample height and after that value its effect becomes insignificant.