Mikrokanallarda akış ve ısı geçişinin deneysel ve teorik incelenmesi

Abstract

Mikrocihazlar 80'li yılların başından itibaren biyoteknoloji, bilgisayar, uzay, taşıt,tıp, elektronik ve haberleşme gibi birçok endüstri alanında yerini almıştır. Bucihazların geliştirilebilmesi mikron boyutundaki kanallardaki akışkan akışınınsağlanması ve ısı geçişi analizlerinin yapılabilmesine bağlıdır. Tek fazlı akışkan akışıgerek elektronik aygıtların soğutulmasında gerekse mikro pompa, vana, karıştırıcılarve akış sensörleri gibi mikro akışkan cihazlarında karşımıza çıkmaktadır.Mikrokanal boyutlarının, iç yüzey özelliklerinin, malzeme ve akışkan tipinin, akış veısı geçişine etkisi hala güncel bir konu olup deneysel ve nümerik çalışmalargerçekleştirilmektedir.Bu çalışmada mikroborularda laminer akış ve ısı geçişi özelliklerinin ortayaçıkarılması amacıyla farklı malzemelerden yapılmış pürüzlü ve pürüzsüz mikroborularla deneysel çalışmalar yapılmıştır. Deneyler ortam sıcaklığında ve adyabatikşartlarda akış deneyleri ile sabit yüzey sıcaklığı koşullarında ısı geçişi deneylerindenoluşmaktadır.Ticari hesaplamalı akışkanlar dinamiği programı Ansys CFX.12 yardımıylaadyabatik mikroboruda viskoz ısınma etkisi göz önünde bulundurularak akışınnümerik çözümlemesi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler hem deneysel sonuçlarile hem de mevcut analitik modeller ile karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.Isı geçişi sabit yüzey sıcaklığı koşulunda mevcut bağıntılar yardımıyla incelenmiştir.Yüzey sıcaklığı ve boru boyu parametre seçilerek deneyler gerçekleştirilmiştir. Eldeedilen deneysel veriler mevcut bağıntılar yardımıyla elde edilenler ile karşılaştırmalıolarak sunulmuştur.

Micro devices have been involved in a lot of industries as bio-technology, computer,space, vehicle, medicine, electronic and communication, since 80th. Development ofthe devices depends on providing fluid flow and heat transfer in micron sizechannels. Single phase fluid flow hold a place in micro flow devices as micro pumps,valves, mixers and flow sensors and cooling electronic devices. Micro channeldimensions, internal surface properties, type of material and fluid, effect of heat andflow are already current issue and numeric and experimental studies have beenconducted.In this study, experimental studies have been conducted using the rough and smoothmicro-pipes to reveal laminar flow and heat transfer characteristics of microtubesmade of different materials. Flow and heat transfer experiments were performedunder adiabatic conditions and ambient temperature and at constant surfacetemperature. Numeric analysis of flow through the adiabatic microtubes wasperformed by taking into account viscous heating effects using by Computationalfluid dynamic (CFD) code ANSYS CFX 12.0. CFD results were compared bothexperimental and analytical model results.Heat transfer was investigated under constant surface temperature conditions.Surface temperature and length were specified as parameters during experiments.The experimental results were compared with predicted data obtained by availablecorrelations in the literature.