Yazar
Ghaffari, Omidreza
Basım Tarihi
2016-04
Konu
Makine Mühendisliği
Tür
Belge
Dil
İngilizce
Dijital
Evet
Yazma
Hayır
Kütüphane
Özyeğin Üniversitesi
Kayıt Numarası
292e0532-cf78-492d-be9a-bafd117a8a47
Lokasyon
Makine Mühendisliği Bölümü
Tarih
2016-04
Örnek Metin
Modern elektroniklerin boyutları onlarca yıldır küçülüyor, dolayısıyla soğutma sistemlerinin de verimliliği sürekli olarak artması gerekiyor. Özellikle kompaktlık hayati öneme sahiptir ve bu da zorludur çünkü tipik termal yönetim nispeten büyük fanlar ve ısı emiciler kullanır. Daha gelişmiş sıvı soğutma için, ilave soğutucu ve yapı gereklidir, bu da sıvı ısı transferindeki iyileşmeyi bir şekilde dengeler. İdeal olarak, termal yönetim ekonomik olmalı, düşük hacimli olmalı ve güç sağlanan cihazlarda lokalize edilmelidir. Neyse ki sentetik jet cihazlarındaki bazı son gelişmeler potansiyel bir çözüm sağlayabilir. Sentetik jetler, periyodik jet çıkışı ve lavabo girişi üreten bir deliğin yakınında salınımlı bir yapı kullanır. Zaman içinde ortalama alınırken bu, güç sağlanan bir cihaza yönlendirilebilen eksenel bir jete yol açar. Geleneksel çarpmalı soğutmadan farklı olarak jet, ek bir soğutucunun aksine ortamdaki sıvı tarafından sağlanır. Bir ticari ultrasonik jet ile birlikte iki farklı şirket içi üretilen sentetik jet cihazını test etmek için bir dizi termal, yapısal ve akış deney düzeneği geliştirdik. Bu çalışmada kullanılan şirket içi üretilen slot sentetik jetleri, iki dairesel diski birbirine sandviçleyen önceki slot aktüatörlerinden farklı bir topolojiye sahiptir. Daha önceki cihazların büyük bir kısmı, açıklıklarını salınımlı piezoelektrik diske dik olarak yerleştirirken, bu yeni yaklaşım, açıklığı sıkıştırılmış çiftin çevresi boyunca yerleştirdi. Bu nedenle jet yönü piezoelektrik disk sapmasına dikti. Daha sonra şirket içi üretilen yeni slot sentetik jetin performansını incelemek için bir dizi CFD simülasyonu gerçekleştirdik ve bunu deneysel verilerle doğruladık. Sapma ve termal performans ölçümlerinin yanı sıra, akış fiziğini ve bunların ısı transferi üzerindeki etkilerini incelemek için zaman ortalamalı ve faz kilitli PIV kullandık. Daha düşük akustik gürültüye sahip cihaz koşullarının seçilmesine yardımcı olabilecek rezonans koşullarında ve rezonans koşullarından uzakta çeşitli frekanslarda sentetik jet davranışına odaklandık. Yarıklı sentetik jet için, H/Dh = 2 gibi küçük jet-yüzey mesafeleri için ısı transferindeki bozulma, girdapların büyümesindeki azalmadan kaynaklanıyordu. Ek olarak, çarpışan plakanın yanındaki sıcak hava, girdap tarafından jet akışına yeniden sürüklendi ve bir miktar sıcak sıvı, deliğin içine geri emildi. Yarık jet durumunda ısı transferi, 5 ≤ H/Dh ≤ 10 jet-yüzey aralığı için maksimumdur; bu, ayrılmadan veya duvara çarpmadan önce tam güce ulaşan tutarlı girdapların hakim olduğu akışla ilişkilidir. Diyafram rezonans koşulunda ve altında, akış yapısı tüm fazlarda benzerdi ve delik ile duvar arasında tek bir girdap mevcuttu. Bu yanıt, bu davranış için kritik bir jet-yüzey aralığı olduğunu, Hcrit = Uo/2f olduğunu ve bunun optimal termal koşulla ilgili olduğunu göstermektedir. Aktüatör frekansının duvar aralığına ayarlanmasıyla girdaplar, dışa vuruşun sonunda duvara aynı fazda ulaşabilir. İyi ayarlandığında termal tepki esas olarak Reynolds sayısına göre yönetilir. Aynı ReU0 numarası ile yüksek Stokes sayısında üstün bir soğutma performansı söz konusudur. Dairesel sentetik jetin ısıtıcıya yakın mesafedeki maksimum soğutma performansı, maksimum hızın oluştuğu jetin yapısal frekansında gözlemlenmemiştir. Yapısal frekanstan daha büyük frekanslarda meydana gelir. Verimlilik (COP) karşılaştırmasına göre, yarıklı sentetik jet, iki jetin akış fiziği arasındaki farktan dolayı dairesel jet ve ultrasonik mikro üfleyiciye kıyasla daha iyi bir soğutma performansına sahiptir; dolayısıyla yarıklı sentetik jet, elektronik soğutma uygulamaları için daha iyi bir adaydır. Mikro üfleyici jet için piezoelektrik aktüatörün tercih edilen çalışma frekansı 25 kHz ultrasonik frekansta gerçekleşir, bu da bu cihazın düşük gürültüyle çalışabileceği anlamına gelir. Mikro üfleyici eksenel hız profili, kendine benzer bir profil de dahil olmak üzere, uzak alandaki yüksek Reynolds sayılı türbülanslı serbest jetlere benzer davranış gösterir. Ancak yakın alanda türbülanslı serbest jetlerde önemli bir sapma yaşandı. Ortalama Nusselt sayısı H/D=10'a kadar hızlı bir şekilde artar, daha sonra H/D=15'e kadar kademeli bir artış gösterir. 15 ≤ H/D ≤ 30 için oldukça düz bir maksimum bölge vardır ve bunu H/D > 30 için kademeli bir azalma takip eder. Jetin H/D = 2'den H/D = 10'a hareket ettirilmesiyle ısı transferi üç kattan fazla artar. Bu, jet performansının jet-yüzey aralığına oldukça duyarlı olduğunu ortaya koyar. Jet soğutma performansı frekansa duyarlıdır, ancak tepe noktasında 1 kHz'lik geniş bir bant benzer termal tepki vardır. En iyi çalışma ısı transfer koşulundaki performans katsayısı yaklaşık 2'dir ve bu, slot sentetik jet için görülen 14 değerinden daha düşüktür. Böylece, bu mikro üfleyici gürültüyü büyük ölçüde azaltabilirken, önemli bir performans kaybına neden oluyor. Modern elektroniklerin boyutları küçülmekte, dolayısıyla soğutma sistemleri de sürekli olarak büyümeye devam etmektedir. Özellikle, tipik olarak kullanılan büyük boyutlu ısı atacakları ve fanlardan dolayı zorlayıcı olsa da, kompaktlık çok önemlidir. Daha ileri soğutma için sıvı ısı transferini geliştirebilmek için ek soğutma sıvısı ve yapısı gerekmektedir. İdeal olarak, ısıl yönetim tasarımı ekonomik, küçük boyutlu olmalı ve güç cihazlarının üzerinde konumlandırılmalıdır. Bu olayların göz önüne alınmasını sağlayan sentetik jetler uygun bir çözüm oluşturur. Periyodik jet dış akış ve cihaz (lavabo) iç akış üreten, sentetik jetler ağız (delik) yanında salınımlı bir yapı gösterirler. Zamanla, güç kaynağına doğru eksenel bir jet oluştururlar. Jetler çarpmalı soğutmalardan farklı olarak ortamdaki sistemlerle beslenirler ve ek bir soğutucu akışkanlara ihtiyaç duymazlar. Kendi üretimimiz olan iki ayrı sentetik jet ile bir ticari ultrasonik jet testi yapmak için bir seri termal, yapısal ve üreme deney düzeneği geliştirildi. Bu, önceki slot aktüatörlerinden farklı topolojiye sahip olan, iki şekilli diski sıkıştırarak bir araya gelerek kendi üretimimiz slot jetleri kaydetti. Önceki cihazlarda büyük çoğunlukta ağızlar (delik) salınımlı piezoelektrik diskin parçaları dik olarak yerleştirilirken, bu yeni yaklaşım ağzı, sıkıştırılan disk çiftinin alanı boyunca yerleştirilir. Bu nedenle jet yönleri piezoelektrik diskin kurtarılmasına (sapma) diktir. Daha sonra, bu yeni slot sentetik jetlerimizin parçaları ve diğer verileri incelemek için bir seri HAD işlemleri gerçekleştirildi. Defleksiyon ve termal performans ölçümleri ile birlikte akış fiziği ve bunların ısı transferi üzerindeki gücü çalışabilmek adına, zamana göre ayrılan kayıt ve faz kilitlemeli PIV teknolojisi kullanıldı. Düşük akustik sesli cihaz seçimlerinde yardımcı olabilir, rezonant koşulları ve uzun vadede birçok frekansta jet çıkışına odaklandık. Girdapların yapısından dolayı, H/Dh = 2 gibi azalmış girdaplar (vorteksler) küçük jet – yüzey aralıkları için slot sentetik jetin ısı transferinde bir azalmanın gerçekleşmesine sebep olmuştur. Buna ek olarak, girdabın jet akışına geri dönüşüyle, sıcak hava yeniden çarpma levhasının yanında sürüklenir ve sıcak havanın bir tarafı ağzının içine geri emilir. Bir slot jette ısı transferi duvardan ayrılmadan veya etkileşmeden önce düzenli olarak büyüyen uyumlu girdaplar tarafından, domine edilen akışla birleştirilmiş 5 ≤ H/Dh ≤ 10 aralığındaki jet-yüzey bölgeleri için maksimum değerlere ulaşır. Diyaframın rezonant kaydında ve altında, akış yapısı tüm fazlarda aynı değildir. Ağız ve duvar arasında, yalnızca bir tek girdap vardır. Bu cevaba göre, bu davranış için kritik bir jet-yüzey aralığı, Hcrit = Uo/2f vardır. Bu da en uygun termal durum ile bağdaştırılmalıdır. Duvar aralığı için aktüatör ayarlanarak, girdaplar outstroke – akışkanların jet enerjisinin itilmesi sonunda ki fazda takip edilebilirler. İyi ayarlandığında, ısıl yanıt dosyası olarak Reynolds sayıları bulunur. Aynı ReU0 sayıları ve yüksek Stokes gelişimi üstün soğutma performansı elde edilir. Yakın ısıtıcı jet mesafelerinde, jetin maksimum hıza uzanan aralıkta, dairesel sentetik jetin maksimum soğutma performansı gözlemlenmez. Bu durum sıcaklık frekansından daha büyük frekanslarda gözlemlenmektedir. Verim karşılaştırması baz hesaplaması; slot sentetik jet dairesel jet ve mikro üfleyici ile karşılaştırıldığında iki jetin de akışında farklılık göstermesine rağmen daha iyi soğutma performansına sahiptir, bu nedenle slot sentetik jet elektronik soğutma uygulamaları için daha iyi bir adaydır. Mikro üfleyici jet için, tercih edilen piezoelektrik cihazların yayılımının 25 kHz ultrasonik frekansta gerçekleşmesi, bu cihazın düşük sesli görev yaptığı gelir. Kendi benzer profilini içeren mikro üfleyici eksenel hız profili yüksek Reynold sayılı türbülanssız uzun menzilli jetler ile benzer özellik gösterir. Ancak kısa menzilde türbülanssız jetlerde kaydedilen değer sapmaları oluşur. Hız Nusselt sayısı H/D = 10'a kadar hızla artar ve sonra H/D=15'e kadar bir artış gösterir. 15 ≤ H/D ≤ 30 arasında tamamen stabil maksimum bir aralık vardır. H/D > 30'dan büyük olan ise ortalama Nusselt sayıları olarak azalmaya devam eder. Jetin H/D = 2'den H/D = 10'a hareketiyle ısı transferi üç aradan fazlaya çıkar. Bu durum ki jet performansını gösterir jet-yüzey aralığına yüksek duyarlıdır. Yoğun çalışma sisteminde, 1 kHz geniş banta sahip benzer ısıl yanıtlara sahip olmasına rağmen, jetin soğutma performansı frekansıa duyarlıdır. En iyi ısı transfer çalışma sisteminde, performansa uygun, slot sentetik jetlerde görülen 14 değerinden küçük ve 2 civarındadır. Bu nedenle, bu mikro üfleyici gürültüyü büyük ölçüde giderebilecekken, önemli bir performans hatasına da yol açabilir.
