Effect of forced convection and compressibility on transient melting behavior of PCM in a cavity

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2025

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: HOUMAN FARSHINEH ADL

Danışman: Özgür Bayer

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Isı transfer hızının iyileştirilmesi, fazla ısıyı dağıtan veya ısı depolaması gerektiren cihazların etkisini artırmaktadır. Faz değiştiren malzemeler (FDM) avantajlı ısıl özelliklere sahiptir ancak nispeten yavaş erime hızlarına sahiptir ve mevcut çalışma söz konusu dezavantajı en aza indirmeyi amaçlamaktadır. Hem deneysel hem de sayısal çalışmalar, 5, 25 ve 100 rpm dönüş hızlarında sıvı FDM'nin karıştırılmasıyla tetiklenen zorlanmış konveksiyonu incelemek için, FDM ile doldurulmuş bir kavite kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışma zorlanmış konveksiyonun etkisine odaklanırken, sayısal analizler sıkıştırılabilirlik etkisini incelemektedir. Sayısal analizlerde Boussinesq yaklaşımı veya akışkan hacmi (VoF) yöntemi kullanılarak entalpi-gözeneklilik modeli uygulanmıştır. VoF yöntemi, sıkıştırılabilirlik etkisini modelleyerek yakın temas erimesi (CCM) fenomeninin gözlemlenmesini sağlar. Sonuçlar, daha yüksek dönme hızlarında erime süresinin yaklaşık %22 oranında azaltılarak 32 saate düşürülebileceğini göstermektedir. Ek olarak kararlı durumdaki sıvı oranı, tüm FDM'nin erimesiyle, karıştırma olmayan senaryoya kıyasla %20 oranında artmaktadır. Karıştırıcı dahil edildiğinde sıcaklık gradyanları azalarak tepe kritik sıcaklık 68°C'den 45°C'ye düşmektedir. Bununla birlikte, düşük dönme hızlarında zorlanmış konveksiyonun etkisi azalmakta, bu da erime süresinde yalnızca yaklaşık %10'luk bir azalma ve kararlı durumdaki sıvı oranında ihmal edilebilir bir değişiklikle sonuçlanmaktadır. CCM'nin gözlemlenebilir olduğu durum için sıkıştırılabilirliğin FDM erime karakteristiği üzerindeki etkisi sayısal olarak incelenmiştir. VoF yöntemi yerine Boussinesq yaklaşımı kullanıldığında, erime süresinin gerçekçi olmayan şekilde sekiz kat fazla tahmin edildiği gözlemlenmiştir.