Mikrokanallarda Karma Taşınımla Isı Transferine Yüzey Pürüzlülüğü Etkilerinin İncelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, mikrokanallarda imalat süreci kaynaklı yüzey pürüzlülüğü ve mikrokanal boyutları gibi geometrik parametrelerin karma taşınımla ısı transferine etkileri incelenmiştir. Paslanmaz çelik malzeme kullanılarak üretilen dikdörtgen kesitli çoklu mikrokanallarda, birleşik doğal ve zorlanmış taşınım etkilerinin toplam ısı transferine katkısı deneysel olarak araştırılmıştır. Deneylerde 1,1 μm, 1,8 μm ve 3,0 μm olmak üzere üç farklı ortalama yüzey pürüzlülüğüne, 300 μm, 500 μm ve 700 μm'lik üç kanal genişliğine ve 300 μm ve 450 μm'lik iki kanal yüksekliğine sahip mikrokanallı ısı alıcılar kullanılmıştır. İmalat sürecinde elektro-erozyon üretim parametreleri değiştirilerek yüzey pürüzlülüğü hassas şekilde kontrol edilmiş ve farklı geometrik özelliklerde üretilen mikrokanallı ısı alıcılar için detaylı yüzey haritaları oluşturulmuştur. İş akışkanı olarak saf su kullanılan deneylerde, mikrokanallı ısı alıcı alt yüzeyine sabit ısı akısı uygulanmıştır. Ayrıca karma taşınım koşullarını sağlamak için deneyler 10–80 Reynolds sayısı aralığında gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, yüzey pürüzlülüğünün karma taşınımla ısı transferi üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, yüzey pürüzlülüğü etkisinin nedenleri ve seviyesi de tartışılmıştır.

In this thesis, the effects of geometrical parameters such as surface roughness and microchannel dimensions on mixed convection heat transfer in microchannels were investigated. The contribution of combined natural and forced convection effects to total heat transfer was investigated experimentally in rectangular multiple microchannels fabricated using stainless steel material. The experiments were conducted with microchannel heat sinks having three different average surface roughness values of 1.1 μm, 1.8 μm, and 3.0 μm, three microchannel widths of 300 μm, 500 μm and 700 μm and two microchannel heights of 300 μm and 450 μm. During the manufacturing process, surface roughness values were controlled by changing electro-erosion fabrication parameters, and detailed surface maps were generated for the microchannel heat sinks. In the experiments using pure water as the working fluid, constant heat flux was applied to the bottom surface of the microchannel heat sink. The experiments were conducted in the range of 10–80 Reynolds numbers to ensure mixed convection conditions. In conclusion, it was determined that surface roughness had a significant effect on mixed convective heat transfer. Also, the causes and level of surface roughness effect were discussed.