İleri Elektronik Sistemler ve Enerji Sistemleri İçin Yüksek Frekanslı Sentetik Jetler ile Isı Transferi Araştırması

Languages

Turkish

Elektronik alanında yapılan son ilerlemeler ile birlikte, silikon mikro imalat teknolojileri nanometre düzeyinde elektronik devrelerin; laptop, cep telefonları ve savunma elektroniklerinde kullanımının yolunu açmıştır. Bu inovasyonlar, küçük ve daha fonksiyonel elektronik üretimini sağlarken yüksek ısı oluşumlarını ve ısı yoğunluklarını (>100 W/cm2) da beraberinde getirirler aynı zamanda da termal dizaynlar için ayrılan alan ve hacimler de küçülmüştür. Optimal bir termal çözüm için maliyet, büyüklük, doğruluk ve ulaşılabilirlik en önemli faktörlerdir. Hava ile soğutma sistemleri hem pasif hem aktif soğutma sistemleri olarak 50 yıldır çalışılmaktadır. Döner fan, piezo fan ve iyonik rüzgarlar gibi bir çok soğutma sistemi yaygın olarak kullanılsa da, literatürde görüldüğü gibi sentetik jetler üst düzey termal performans göstermektedir. Sentetik jetler, net sıfır kütle akışı prensibiyle ile çalışan, yüksek hızda çalışan sıvıyı tek bir açıklıktan emme ve üfleme hareketleri yaparak ısınan elektronik komponentlere göndermeyi hedefleyen küçük boyutlu cihazlardır. Cihaz, maksimum hızları aynı büyüklükteki geleneksel fanlarının yirmi katından daha fazla olan periyodik jet akışları üretebilmektedir.

Bu araştırmada, ileri düzey sentetik jetler için deneysel ve sayısal çalışmalar yürütülmüştür. Bu yenilikçi jetler Özyeğin Üniversitesi laboratuvarlarında tasarlanmış ve üretilmiştir. Sentetik jetlerden kaynaklanan ısı transferi etkisi doğal konveksiyon referans alınarak karşılaştırılmıştır. Yeni bir deney düzeneği tasarlanmış ve hazırlanmıştır. Termal deneyler dikey bir ısıtıcı üzerinden yürütülmüştür. Deneydeki başlıca etkenler; çalışma voltajı ve frekansı, açıklık geometrisi, jetten ısıtıcıya olan aralık, ısıtıcı geometrisi ve ısı akışıdır. Projede, bir kapalı tip ısı transferi korelasyonu sunulacaktır. Bir soğutma sisteminin termodinamik verimliliği çok önemlidir. Yüksek frekanslı akış çok az miktarda güç harcar, fakat çok büyük hortum saçıntısı olanağı yaratırlar. Bu da çok az güç tüketimi ile verimli soğutma imkanı sağlar ve dolayısıyla yüksek COP (performans katsayısı) değeri elde edilir. Bu nedenle, biz bu proje kapsamında yeni bir sentetik jet dizaynı yapmayı, bilimsel metotlar ile bu ürünü test etmeyi ve sonucunda da bir ısı transferi korelasyonu ortaya çıkarmayı hedefledik. Bu projede, ileride gerçekleşecek olası uygulamalar için yüksek performansa ve yüksek frekansa sahip sentetik jetler ve ulusal (askeri ve ticari) elektronik sistemlerimiz için test sistemi geliştirilmiştir. İleri elektronik sistemlerin ötesinde sentetik jet uygulamaları, solar fotovoltatik sistemler gibi enerji teknolojileri için de kullanılacaktır.

 

 

Şekil 1: Bir ART sentetik jetinin mekanik davranışı

 

Şekil 2: Bir ART sentetik jetinin modelleri ve deneysel validasyonu

 

 

Şekil 3: Akış esansında vorticity yapısı, Rej = 211.

 

Şekil 4: Bir ART sentetik jeti için hız dağılımı (f=450 Hz ve H/Dh=5).