Değişik şekilde tasarlanan ısıtılmış yüzeylerin hava jeti çarpmalı soğutulmasının araştırılması

• Main Authors: Koray KARABULUT, Doğan Engin ALNAK
• Format: Article
• Language: English
• Published: Pamukkale University 2020-02-01
• Series: Pamukkale University Journal of Engineering Sciences
• Subjects: çarpan hava jeti; desenli yüzey; isı transferi; impingement air jet; patterned surface; heat transfer
• Online Access: https://dergipark.org.tr/tr/pub/pajes/issue/52564/690888?publisher=pamukkale
• ISSN: 1300-7009; 2147-5881

Çarpan jetler, günümüzde minyatürleşme ile ısı transfer alanının azaldığı ve dolayısıyla son derece yüksek ısı akılarına sahip elektronik bileşenlerin soğutulmasında büyük bir öneme sahiptir. Bu çalışmada ise bilgisayarlarda da kullanılan ve ısı üretim miktarı oldukça fazla olan mikroçiplerin soğutulmasının iyileştirilmesi incelenmiştir. Bu amaçla, üç tarafı kapalı ve bir tarafı açık kesiti dikdörtgen olan kanallar içerisindeki sur ve dikdörtgen şeklinde olmak üzere iki farklı desene sahip 1000 W/m2 sabit ısı akılı bakır plakalı yüzeylerin tek bir hava jeti akışı ile soğutulmasının sayısal araştırması yapılmıştır. Sayısal araştırma, zamandan bağımsız ve üç boyutlu olarak enerji ve Navier Stokes denklemlerinin k-ε türbülans modelli Ansys-Fluent bilgisayar programının uygulanmasıyla gerçekleştirilmiştir. Kesiti dikdörtgen olan kanalın üst ve alt yüzeyleri adyabatik iken sur ve dikdörtgen desenli yüzeylere sabit ısı akısı uygulanmıştır. Kullanılan jet akışkanı hava olup, kanala giriş sıcaklığı 300 K’dir. Çalışma için belirlenen Re sayısı aralığı 4000-10000 iken jet-plaka arası uzaklık (H/Dh) için değerlendirilen aralık ise 4-10’dur. Elde edilen sonuçlar, literatürde bulunan çalışmanın sayısal ve deneysel sonuçlarıyla karşılaştırılmış olup, birbirleriyle uyum içerisinde oldukları görülmüştür. Sonuçlar, sur ve dikdörtgen şeklindeki her bir desenli yüzey için ortalama Nu sayısı ve yüzey sıcaklığının değişimi olarak sunulmuştur. Farklı H/Dh oranları ve Re sayıları için kanal boyunca jet akışın sıcaklık, hız ve akım çizgisi konturu dağılımları sur ve dikdörtgen desenli yüzeyler için değerlendirilmiştir. Ayrıca, çalışmada her iki desenli geometride tüm yüzeyler için ortalama Nu sayısı, yüzey sıcaklığı ve jet akışın kanaldan çıkış sıcaklık değerleri analiz edilmiştir. Re=4000 ve H/Dh=4 için sur desenli yüzeylere göre dikdörtgen desenli yüzeylerde %31.45 daha yüksek ortalama Nu sayısı değeri elde edilmiştir.