Altıgen kanatçıklı ısı alıcılarında ısı ve akış karakteristiklerinin incelenmesi

Abstract

ÖZET Y. Lisans Tezi ALTIGEN KANATÇIKLI ISI ALICISINDA ISI VE AKIŞ KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ Nihal ALEMDAROĞLU Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Yrd. Doç. Dr. Kenan YAKUT Kanatçıklı yüzeylerde ısı transferi ve sürtünme karakteristikleri; ısı değiştiricilerinde ısı transferinin artırılması, gaz soğutmalı nükleer reaktörlerin, gaz türbinlerinin ve elektronik cihazların soğutulması gibi çok yaygın mühendislik uygulamalarındaki öneminden dolayı çok geniş çalışmaların konusu olmaktadır. Kanal içerisinde soğutma işlemi yapılması gerektiğinde de genellikle değişik geometrilerde dizayn edilmiş kanatçıklar kullanılır. Bu çalışmada, altıgen kanatçıklı bir ısı alıcısında kanat yüksekliği, kanat genişliği, akışa dik doğrultuda kanatlar arası mesafe, akış doğrultusunda kanatlar arası mesafe ve akış hızının ısı transferi ve akım karakteristiklerine etkileri Taguchi yöntemi kullanılarak incelenmiştir. İlk aşamada Nusselt sayısı, sürtünme faktörü ve termal direnç performans karakteristiği olarak dikkate alınmış ve belirlenen beş parametre için Lıg(21*37) ortogonal dizisi deney planı olarak seçilmiştir. Üç amaç birlikte dikkate alınarak kanal hidrolik çapma göre Nusselt sayısı hesaplandığında optimum sonuçlar, 150 mm kanat yüksekliği, 14 mm kanat genişliği, 20 mm akışa dik yönde kanatlar arası mesafe, 20 mm akış yönünde kanatlar arası mesafe ve 4 m/sn akışkan hızında elde edilmiştir. Kanat genişliğine göre Nusselt sayısı hesaplandığında ise optimum sonuçlar, 150 mm kanat yüksekliği, 26 mm kanat genişliği, 20 mm akışa dik yönde kanatlar arası mesafe 15 mm akış yönünde kanatlar arası mesafe ve 4 m/sn akışkan hızında elde edilmiştir, ikinci aşamada ise ısı transferine etki eden akış parametreleri sıcak tel anemometresi kullanılarak kanatlar arasında ortalama akım hızı ve türbülans şiddetleri belirlenmiştir. Akış yönünde kanatlar arasında oluşan difüzör-lüle çiftinin merkezinde ölçülen hız değerlerinin yüksek olduğu ve yine aynı yönde kanatlar arasında kalan düz bölgede ise hız değerlerinin düşük olduğu gözlemlenmiştir. Ortalama akışkan hızının yüksek olduğu noktalarda ise çalkantı değerleri küçük olmaktadır. 2005, 176 sayfa Anahtar kelimeler: elektronik cihazların soğutulması, ısı transferinin iyileşmesi, Taguchi yöntemi, sıcak tel anemometresi, zorlanmış konveksiyon

ABSTRACT MS Thesis INVESTIGATION OF HEAT AND FLOW CHARACTERISTICS FOR HEAT SINK HAVING HEXAGONAL FINS Nihal ALEMDAROGLU Atatürk University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Mechanical Engineering Supervisor: Asst. Prof. Dr. Kenan YAKUT The heat transfer and friction characteristics of pin fin array systems have been the subject of extensive investigation, because of their importance in a wide variety of engineering applications, such as heat transfer enhancement in compact heat exchangers and the cooling of gas-cooled nuclear reactors, gas-turbine blades and electronic devices. When dealing with internal cooling, pin fins organized into different arrangements are generally used. In this study, the effects of the the heights, widths of the hexagonal fins, streamwise and spanwise distances between fins and flow velocity on heat and flow characteristics have been investigated using Taguchi experimental design method. For this reason, characteristics of flow and heat transfer are considered separately. At first step, Nusselt number, friction factor, and thermal resistance of the heat sink considered as performance characteristics. Lig(2 *3 ) orthogonal array has been selected as an experimental plan for the five parameters mentioned above. Firstly, the Nusselt number has been calculated by taking into account the duct hydraulic diameter, the optimized results have been found to be fin height of 150 mm, fin width of 14 mm, spanwise distance between fins of 20 mm, streamwise distance between fins of 20 mm and flow velocity of 4 m/sn. Secondly, the Nusselt number has been calculated by taking into account the width of the fins, the optimized results have been found to be fin height of 150 mm, fin width of 26 mm, spanwise distance between fins of 20 mm, streamwise distance between fins of 15 mm and flow velocity of 4 m/sn. At the second step, mean flow velocities and turbulence intensities, which can effect heat and flow characteristics, between the fins have been measured by using a hot-wire anemometer. It has been observed that mean flow velocities were high at the centre of the diffuser-nozzle couple occurred between the fins at streamwise direction and low at the straight area between the fins at the same direction. The turbulence intensities were low at the points where mean flow velocities were high. 2004, 176 pages Keywords: electronics cooling, heat transfer enhancement, Taguchi methods, hot-wire anemometer, forced air cooling İİ