TiO2-Su Nanoakışkanı Kullanılan Birleşik Jet Akışlı Kanallarda Kanatçığın Çarpan Jet Girişinden Olan Mesafesine Göre Isı Transferi Artışının Değerlendirilmesi

Abstract

Dünya ülkelerinin yeşil enerjiye geçişinin tartışıldığı günümüzde, her türlü sektörde enerjinin elde ediliş yöntemi ve kullanım miktarının azaltılması en önemli ve can alıcı konuların başında gelmektedir. Enerjinin maliyetindeki artış, özellikle ısı yoğun kullanılan sanayideki üretim maliyetlerini oldukça fazla etkilemektedir. Bununla birlikte, teknolojideki gelişimle boyutları küçülen elektronik cihazlarda birim hacim başına ısı üretimi miktarının artması; bu sektördeki ilerleme süreci için istenmeyen bir durumdur. Elektronik elemanlardan ısı transferini arttırmak için kullanılan çapraz akışlı soğutma yöntemi en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir. Bu yöntem, soğuk akışkanın bir fan ile tüm bileşenlerin üzerine gönderilmesi ve böylece tüm elektronik bileşenlerin soğutulması prensibine dayanmaktadır. Bir başka ısı transfer yöntemi, soğuk sıvının bir lüle ile yüksek sıcaklığa sahip bir eleman üzerine yerel olarak püskürtüldüğü çarpan jet soğutmadır. Bu nedenle, tek tip soğutma yöntemi ile tüm devreyi güvenli bir şekilde tutabilecek şartlara ulaşmak zordur. Çarpan jet ve çapraz akışlı soğutma yönteminin birlikte uygulanması, yüksek soğutma kapasiteli faydalı bir durum yaratabilmektedir. Ulaşılan literatür değerlendirildiğinde, yüksek ısı transfer performansı sergileyen TiO2-Su nanoakışkanı kullanılarak çarpan jet ve çapraz akışın birlikte uygulandığı birleşik jet akış çalışmalarının sayılarının oldukça az olduğu görülmektedir. Bu çalışmada, küp ve oyuklu modellerden olan ısı transferi ve kanallardaki akış yapıları kanatçıksız, 30o ve 60o açılı kanatçıklı birleşik jet akışlı H=3D yükseklikli kanallarda su ve TiO2-Su nanoakışkanı kullanılarak sayısal olarak incelenmiştir. Kanatçıklar, çarpan jet girişinden itibaren N=D ve N=2D konumlarında yerleştirilmişlerdir. Sayısal araştırma, zamandan bağımsız ve üç boyutlu olarak enerji ve Navier-Stokes denklemlerinin Ansys-Fluent programı kullanılarak k-ε türbülans modeli ile çözülerek gerçekleştirilmiştir. Kanatçık ve kanalın alt ve üst yüzeyleri adyabatik iken; model yüzeyleri 1000 W/m2 sabit ısı akısına sahiptir. Akışkanlar için çalışılan Reynolds sayısı aralığı 5000-9000'dir. %2 hacimsel konsantrasyona sahip TiO2-Su nanoakışkanın termofiziksel özellikleri literatürde bulunan denklemler yardımıyla elde edilmiştir. Çalışmanın sonuçları literatürdeki deneysel çalışma sonucu elde edilen korelasyonla karşılaştırılmış ve sonuçların uyumlu oldukları bulunmuştur. Sonuçlar, kanallardaki her bir küp ve oyuklu model yüzeyi için ortalama Nu sayısının değişimleri olarak analiz edilmiştir. Bununla birlikte, Re=9000 değeri için farklı kanat açıları (30o ve 60o) ve yerleşimleri (N=D ve N=2D) için TiO2-Su nanoakışkanının hız-akım ve sıcaklık konturu dağılımları görselleştirilmiştir. Reynolds sayısının 7000 değerinde, N=D ve N=2D ve kanallardaki tüm model yüzeyleri için su ve TiO2-Su nanoakışkanı kullanılması durumlarında karşılaştırmalı olarak Nuo ve To değerleri değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, 60o açılı N=2D kanatçık konumunda TiO2-Su nanoakışkanı kullanılan kanal için kanatçıksız ve su kullanılan kanala göre ortalama Nu sayısı (Nuo) değerlerinin küp ve oyuklu modeller için sırasıyla %41,35 ve %38,47 arttığı belirlenmiştir.