Entegre İğne Kanatçıklı-Alüminyum Köpük Isı Kuyusunun Akış Ve Isı Transferi Davranışının İncelenmesi

TÜBİTAK Projesi, 2019 - 2021

Proje Türü: TÜBİTAK Projesi
Başlama Tarihi: Kasım 2019
Bitiş Tarihi: Ekim 2021

Proje Özeti

Elektronik ürünlerin çalışması esnasında bileşenler tarafından üretilen ısı yine aynı bileşen üzerinden uzaklaştırılmadığı takdirde aşırı ısınmaya bağlı olarak elektronik ürünlerin performansı düşmekte ya da hasara uğramaları söz konusu olabilmektedir. Şimdiye kadar iğne kanatçıklı geleneksel ısı kuyuları söz konusu ısıyı bileşenler üzerinden aracı akışkana transfer etmek için sıklıkla kullanılmıştır. Ancak, bu tip ısı kuyuları günümüz elektronik bileşenlerinin sağlıklı bir şekilde çalışması için istenilen soğutma gereksinimini karşılamada yetersiz kalmaktadırlar. Son yıllarda elektronik bileşenler üzerinden taşınım ile ısı transferini iyileştirmek maksadıyla açık gözenekli malzemelerden üretilen ısı kuyularının kullanımı yaygınlaşmaktadır. Gözenekli ısı kuyuları geleneksel iğne kanatçıklı tiplere nazaran daha yüksek temas yüzey alanı/hacim oranına, güçlü akış karıştırma kabiliyetine ve dolayısıyla yüksek toplam ısı geçiş katsayısına sahiptirler. Ancak, gözenekli alüminyum malzemenin efektif ısı iletim katsayısının yığın alüminyumun yaklaşık onda biri düzeyinde olması kuyu içerisinde iletimle ısı transfer hızını olumsuz yönde etkilemekte, özelikle artan kuyu yüksekliğiyle birlikte ciddi ısıl gradyanların oluşmasına ve ısı kuyusunun performansının düşmesine yol açmaktadır. Bu sebeple, önerilen bu proje kapsamında, gözenekli alüminyum malzeme bir kanal içerisinde tek başına blok ısı kuyusu olarak kullanılmak yerine akışa dik yönde ısıl gradyanları azaltmak maksadıyla alüminyum iğne kanatçıklı ısı kuyusu ile entegre edilerek kullanılacaktır. Sonuç olarak bu çalışma, (i) alüminyum köpük ısı kuyusunun ısı uzaklaştırma performansının, bu ısı kuyusuna alüminyum iğne kanatçıkların entegre edilmesiyle iyileştirilmesi ve neticesinde ısıl performans bakımından daha etkin olacağı düşünülen bir ısı kuyusunun önerilmesi ve üretilmesi, (ii) önerilen ısı kuyusunun ısı transferi ve akış davranışının literatürde çalışılmamış farklı tasarım ve çalışma parametreleri için sayısal olarak incelenmesi ve bulguların deneysel olarak doğrulanması, (iii) gelecekte literatüre kaynak teşkil etmesi bakımından sıralı veya şaşırtılmış kanatçık dizilimlerine sahip baz tasarım olarak adlandırılan entegre ısı kuyusu için Nu=aReb formunda korelasyon denkleminin önerilmesi, (iv) entegre ısı kuyusu tabanının literatürden faklı olarak sabit düzgün dağılı olmayan ısı akısına da maruz bırakılarak bu durumdaki ısı uzaklaştırma performansının kıyaslamalı olarak değerlendirilmesi, (v) birleştirme işleminin literatürdeki mevcut entegre ısı kuyularından farklı olarak termal macun yerine lehimleme ile yapılması yönleriyle özgündür.

Önerilen entegre ısı kuyusu ile literatürde mevcut iğne kanatçıklı ve alüminyum köpük ısı kuyularının ısı uzaklaştırma ve basınç düşümü karakteristikleri kıyaslamalı olarak farklı çalışma ve tasarım parametreleri için geçerli matematiksel modeller çerçevesinde COMSOL Multiphysics paket programı vasıtasıyla sayısal olarak çalışılacaktır. Sonrasında sayısal sonuçları doğrulamak maksadıyla sözü edilen üç farklı tip ısı kuyusundan bir takım numuneler üretilerek bunların akış ve ısıl performansları deneysel olarak incelenecektir.

Proje ekibinde, proje yürütücüsü Doç.Dr. İsmail Solmuş’un dışında biri Atatürk Üniversitesi’nden Prof.Dr. Kadir Bilen diğeri ODTÜ’den Dr. Öğr. Üyesi Özgür Bayer olmak üzere iki (2) adet araştırmacı ve projenin hem deneysel hem de sayısal çalışma içermesi nedeniyle üç (3) adet bursiyer bulunmaktadır. Proje toplamda beş (5) temel iş paketinden oluşacak şekilde kurgulanmış olup proje süresi toplam 24 ay olarak planlanmıştır.

Elektronik sektörü, küçülen cihaz boyutlarıyla birlikte birim hacimde artan soğutma yükünü karşılamak amacıyla soğutma performansı bakımından daha gelişmiş yöntemlere ihtiyaç duymaktadır. Önerilen entegre tasarım, iğne kanatçıklı ve alüminyum köpük ısı kuyularının her ikisinin de tek başına kullanılmaları durumunda özelliklerinden ve yapılarından dolayı sahip oldukları dezavantajları ortadan kaldıracak olması sebebiyle, sektörün taleplerine cevap verebilecek ümit verici bir ürün olarak durmaktadır. Entegre tasarımın kanatçıklı ve gözenekli alüminyum ısı kuyularının alternatifi olarak elektronik sektöründe ve diğer sektörlerde kullanılma potansiyeline sahip olduğu ve dolayısıyla katma değeri yüksek yeni ürünlerin geliştirilmesine yol açmasının mümkün göründüğü hususunda bir farkındalığın ülkemiz bilim ve sanayi çevrelerinde yaratılması bu proje ile hedeflenmektedir. Proje çıktıları etki değeri yüksek uluslararası dergileri ve toplantılar vasıtasıyla üniversitelerde ve ARGE laboratuvarlarında görev alan bilim insanları ile paylaşılacaktır. Ayrıca, proje, kapsamı itibariyle lisansüstü tez olabilme ve nitelikli bilim insanı yetiştirme uğraşlarına katkı verebilme potansiyeline sahiptir.