Experimental study on improvement of pool boiling cooling systems in dielectric liquid using honeycomb structures manufactured by additive manufacturing
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: MUHAMMED ÇAĞLAR MALYEMEZ
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Hüsnü Dal
Eş Danışman: İskender Gökalp
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Yeni elektronik cihazların izin verilen çalışma sıcaklığı aralıklarında tutulması, etkili termal yönetim teknolojilerini gerektirir. Mikroelektronik teknolojisindeki ilerlemeler, silikon çiplerin daha küçük transistörler kullanılarak üretilmesine olanak sağladı. Ek olarak hem mikroçiplerde bulunan transistör sayısı hem de güç tüketimleri artmaktadır. Sonuç olarak bu cihazlardan uzaklaştırılması gereken ısı akısı sürekli artmaktadır. Yüksek ısı akısı termal tasarım mühendislerinin en kritik sorunlarından biridir. Isı akısındaki artış, elektronik soğutma teknolojilerinin geliştirilmesinde en önemli faktörlerden biridir. Geleneksel soğutma yöntemleri bu yüksek ısı akıları için yetersiz kalmaktadır. Faz değişimine dayalı termal yönetim yöntemleri, elektronik cihazlardan yüksek ısı akışlarını ortadan kaldırma konusunda umut vericidir. Havuz kaynaması uygulanabilirlik açısından en uygun çok fazlı soğutma sistemlerinden biridir. Bu çalışma havuz kaynaması soğutma sisteminin eklemeli imalat kullanılarak üretilmiş yüzey modifikasyonları kullanılarak iyileştirilmesi üzerine deneysel çalışmaları içermektedir. Geleneksel imalat yöntemleri ile üretilemeyecek olan yüzey modifikasyonları Seçici Lazer Eritme yöntemi ile üretilmektedir ve tasarım parametrelerinin optimize edilmesi amaçlanmaktadır. Yüzey modifikasyonları AlSi10Mg tozundan imal edilmektedir ve imal edilen parçaların termal iletkenlikleri malzeme karakterizasyon testleri sonucunda bulunmaktadır. Havuz kaynaması deneyleri atmosferik basınç altında doymuş koşullarda HFE-7100 sıvısı içerisinde gerçekleştirilmektedir. Bu deneyler laboratuvar ortamında kontrollü olarak yapılmakta, deneyler sırasında sıcaklık ve basınç ölçümleri alınmakta ve yüksek hızlı kamera ile görüntüleme işlemleri yapılmaktadır. Bu çalışmada yirmi beş çeşit test parçasının havuz kaynaması performansları değerlendirilmektedir. İmal edilen yüzey modifikasyonları altıgen açıklığa sahip bal peteği yapısına sahiptir. Ayrıca bu modifikasyonlardan bazıları yan kare açıklıklara sahiptir. Deneyler sırasında yüzey pürüzlülüğünün, altıgen açıklıkların boyutunun, modifikasyon yüksekliğinin, yan kare açıklıkların boyutunun ve tekrar eden hücrelerin dağılımının kaynama performansı üzerine olan etkileri incelenmektedir. Performans iyileştirilmesi için kritik ısı akısının ve ısı transfer katsayısının artırılması, kaynama başlangıç histerilerinin eliminasyonu ve çekirdek kaynama rejiminin düşük sıcaklıkta başlaması hedeflenmektedir. Yapılan deneyler sonucunda bu dört amaca ulaşılmakta ve önemli iyileştirmeler elde edilmektedir. Yüzey modifikasyonu sayesinde kaynama daha düşük bir ısı akısı ile başlamaktadır ve yüzey sıcaklığında 10 °C'den fazla önemli bir azalma olmaktadır. Kritik ısı akısı için 3,48 kattan fazla artış gözlenirken, maksimum ısı transfer katsayısı 2,56 kat iyileşmektedir. Bu iyileştirmeler yüzey modifikasyonları sayesinde ısı transfer ve aktif çekirdeklenme alanlarının artması, kılcal destekli emiş etkisinin iyileşmesi ve sıvı-buhar akış yollarının ayrıştırılmasına atfedilmektedir. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda tasarım parametrelerinin optimizasyonu tartışılmaktadır. Havuz kaynaması soğutma sisteminin ve eklemeli imalat yöntemlerinin birlikte kullanılması elektronik soğutma alanında yenilikçi çözümler ortaya koymakta ve gelecek vaat etmektedir.