Alüminyum köpüklü termoakustik soğutma sistemi tasarımı ve ısıl performansının araştırılması

Abstract

Bu tez çalışması, alüminyum köpük malzemelerin termoakustik bir soğutma sisteminde kullanılabilirliğini deneysel olarak araştırmayı amaçlamaktadır. Bunun için açık, kapalı ve hibrit hücre yapılı alüminyum köpük malzemelerden yığınlar hazırlanarak deneysel incelemelerde bulunuldu. Deney sonuçlarına göre hibrit hücre yapılı alüminyum köpüğün açık hücre yapılı köpüğe göre ortalama %20, kapalı hücre yapılı köpüğe göre %1863 kat daha iyi soğutma performansı gösterdiği belirlendi. Bu tespite bağlı olarak hücre yapısına bağlı en iyi ısıl performansı gösteren malzeme belirlendikten sonra; soğutma performansını geliştirmek için değişik konstrüksiyonlarda alüminyum köpüklü yığın tasarımları gerçekleştirilerek incelemelere devam edildi. Tasarlanan yığın konstrüksiyonlarından birisi dairesel kanallı ve silindir geometrili, diğeri ise farklı dairesel açılarda yerleştirilen kanatçıklardan oluşturuldu. Alüminyum köpüklü yığınların kanallı veya kanatçıklı dizayn edilmesi ile ısıl performansın arttırılabileceği deneysel sonuçlarla belirlendi. Diğer taraftan hazırlanan yığınların boyları değiştirilerek; yığın boyu faktörünün ısıl performansa etkisi de incelendi. Genel olarak yığın boyu artışının ısıl performansı arttırdığı; fakat 150 mm'den sonraki yığın boylarındaki artış miktarları için sıcaklık artış hızının yavaşladığı tespit edildi. Bu çalışmada ayrıca termoakustik soğutma sisteminin yığınsız durumu ile literatürdeki yaygın kullanımı dikkate alınarak polipropilen, alüminyum, cam ve akrilik malzemelerden oluşturulmuş yığınlara ait benzer deneyler de yapılmış ve elde edilen sonuçların alüminyum köpük kullanılan sistem ile karşılaştırılması sağlanmıştır. Elde edilen deney sonuçlarına göre en fazla sıcaklık farkı; hibrit hücre yapılı, 25 PPI gözenek yoğunluklu alüminyum köpük kullanılan; 200 mm yığın uzunluğunda, 10 adet dairesel kanallı yığın modelinde 36,23 °C olarak elde edilmiştir.

This thesis aims to investigate the usability of aluminum-foam materials in a thermoacoustic cooling system. For this purpose, stacks of open, closed, and hybrid-cell structured aluminum-foam materials were prepared and experimentally examined. The examination results determined that the hybrid-cell structured aluminum-foam showed an average of 20% better cooling performance than the open-cell structured foam and 1863% better than the closed-cell structured foam. The aluminum-foam material with the best thermal performance was determined according to its cell structure. To improve the cooling performance, aluminum-foamed stack designs were carried out in different constructions, and experimental investigations were continued. First, one of the designed stack constructions was formed with circular channels and cylindrical geometry, and the other was formed from fins placed at different circular angles. It has been determined that the thermal performance can be increased by designing the aluminum-foamed stacks with channels or fins. Then, the sizes of the prepared stacks were changed, and the effect of the stack size factor on the thermal performance was examined. In general, it was seen that the thermal performance increased with the increase of the stack length. Similar experiments were also carried out for the no-stack condition and the stacks formed with polypropylene material. The results obtained here were compared with the system using aluminum-foam, and thus the system's efficiency was measured. The maximum temperature difference obtained from the system was obtained as 36.23°C in the hybrid-cell structure, 25 PPI pore density, 200 mm stack-length, and stack model with 10 circular holes.