Mikro kanallarda ısı transferi

Abstract

Son yıllarda, mikro kanallarda akış ve ısı geçişi karakteristikleri üzerine çok sayıdadeneysel ve teorik çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalar, bazen klasik bağıntılarlauyuşması bazen de onlarla ters düşmesi nedeniyle sonuçların tek anlamlılıktan nekadar uzak olduğunu açıkça göstermektedir. Bu tezde, esas olarak bu sapmalarınnedeni analiz edilecek ve tartışılacaktır. Bu deneysel çalışmaların kronolojik analiziyapıldığında, mikro kanallardan elde edilen deneysel veri ile geleneksel teoriarasındaki farklılığın azaldığını görmek mümkündür. Bu gerçek, mikro kanalınpürüzlülüğü ve geometrisinin daha iyi kontrolünün sonucu olan mikro üretimtekniklerindeki büyük gelişme ve yapılan deneysel testlerin doğruluğundaki artışlakısmen açıklanabilir. Bu nedenle, daha önceden yapılmış çalışmaların sonuçlarıbazen hatalarla dolu ve yanıltıcı olabilmektedir.Bu tezde, mikro kanallardaki akışta ısı taşınımı ve basınç kaybı üzerindeki ölçek vemikro etkileri rolünün, klasik teoriyle kanıtlanabilen, literatürde yayınlanan pek çokdeneysel sonuçla açıklanması hedeflenmektedir. Mikro ölçülerde ısı geçişi alanındakianalitik yöntemler ve karmaşık ölçüm tekniklerine dair son 5 yılda büyük ilerlemekaydedilerek, mikro kanal akışının anlaşılmasına büyük katkıda bulunulmuş vegeleneksel teorik modellerin hangi durumlarda mikro kanal akışındaki ısı geçişidavranışını doğru tahmin etmek için kullanılabileceğini belirlemede yardımcıolmuştur. Bu tezde sunulan, sürmekte olan birçok araştırma projesine dairtartışmalarla birlikte, ısı geçişi ve mikro kanal akışını içeren eserlerin bir özetidir.Teorik ve deneysel çalışmalar, hesap analizleri, daha yenilikçi modellemetekniklerinin bazılarının tanıtımı ve bunlara ait tüm önemli bulgular sunulmuş,karşılaştırılmış ve tartışılmıştır.Anahtar kelimeler: Mikro Kanallar, Mini Kanallar, Faz Dönüşümünde Isı Geçişi,Basınç Kaybı, Tek Faz, İki Faz, Isı Taşınımı, Ölçek etkisi, Mikro Etkiler.

In the last years a large amount of experimental analyses have been addressed to thestudy of the fluid-dynamical and heat transfer characteristics of single-phase flows inmicro channels. These reviews show clearly how the results are far from univocal,sometimes agreeing with the classical correlations, at other times contradicting them.In this paper the main aspects which can be responsible for these deviations will beanalysed and discussed. From a chronological analysis of these experimental works itis possible to note that the discrepancy between the experimental obtained for microchannels and the predictions of the conventional theory is decreasing. This fact canbe partially explained by considering the dramatic improvements in micro fabricationtechniques with the consequent more appropriate control of the roughness andgeometry of the micro channel and with the increase in the accuracy of theexperimental tests made. For this reason the results of the older studies aresometimes fraught with errors and can be misleading.In this work the role played by the main scaling effects and micro-effects on thepressure drop and on the convective heat transfer for single-phase flows in microchannels will be analysed with the aim to explain that many experimental resultspublished in the open literature can be justified by using the conventional theory. Thetremendous progress over the past five years in sophisticated measurementtechniques and analytical methodologies in the area of micro scale heat transfer havegreatly added to the understanding of the phenomena unique to micro channel flowand has helped to clarify those situations where conventional theoretical models canbe used to accurately describe and predict the flow and heat transfer behavior inmicro channel flows. Presented here is a review of the published literature along withdiscussions of several ongoing research projects involving micro channel flow andheat transfer. Theoretical and experimental studies, computational analyses, adescription of some of the more innovative instrumentation techniques, andimportant findings from all of these are presented, compared and discussed.Key Words: Microchannels, Minichannels, Phase Change Heat Transfer, PressureDrop, Single-Phase, Two-Phase, Convection, Scaling Effects, Micro Effects.