PowerPoint Sunusu

GAZ NVERSTESMHENDSLK FAKLTES MAKNA MHENDSL BLMELEKTRK CHAZLARININ ISIL TASARIMI DERS PROJESINLINE AND STAGGERED HEAT SINK

GRUP 4

CEYHUN LGEEN 091150070HAKAN GLHAN 101150040AHMET CEM ZCAN 101150063 FKRET SEMH YILDIRIM 101150094

GR :Is deitiricilerindeki s transferini iyiletirme almalarnda arzu edilenler; arlk ve boyutta azalmaya imkan salamak, s transferi miktarn artrmak, akkanlar arasndaki ortalama scaklk farkn azaltmak ve bylece toplam verimlilii iyiletirmektir. Is transferini artrmak iin kullanlan yntemler genellikle geniletilmi yzeyleri, yzeyde yaplacak birtakm deiiklikleri, ak alannda oluturulmak istenen trblans iermektedir.Bugnn teknolojisinde s transferi miktarn artrmada youn olarak kullanlan yntemlerden birisi, geniletilmi s transferi yzeyleridir (kanatklar). Kanatkla (geniletilmi) yzeyler, yzey alann ve akmn trblansn artrmak suretiyle tammla s ve ktle aktarmn artrrlar. Kanatkl yzeylerin uygulama alan ok eitlidir.

Balca kullanm alanlar olarak gaz trbin motorlarnda trbin kanatklarnn soutulmas, elektronik cihazlarn soutulmas ile havaclk, uak ve kimyasal retim tesislerindeki eitli s deitiricileri saylabilir. Bununla birlikte, kanatklarn uygun ekilde kullanlmamas s geiini artrmak yerine azaltabilir. Kanatk malzemesinin, tipinin, yerletirilme dzeninin, yzeye monte eklinin ve ortam artlarnn her birisinin ayr ayr ele alnarak incelenmesi ve s geiini artracak ekilde deerlendirilmeleri gerekir. Is deitiricilerinde transfer edilen s miktarnn dmesi s deitiricinin performansnn dmesine neden olur. Bu da s deitiricisi kullanlan sistemde kapasite kayb anlamna gelmektedir. Is transferinin iyiletirilmesi, sistem boyutlarnn uygun llerde tutulmasna ve dolaysyla sistem maliyetinin ve iletme giderlerinin azaltlmasna olanak salar. Plakal s deitiricilerinde, s transferi ve ak yaplarn anlamak iin birok teorik ve deneysel alma yaplmtr.

Yaplan almalarn bir tanesinde, farkl kurulumlarla oluturulan kanatklar kullanarak, laminer ve dk trblansl ak oranlar iin tablet tipi s deitiricilerinde s transferi artrm deneysel ve saysal olarak aratrlmtr.Ak ne kadar karmak olursa olsun, enerjisini aktarabilecei yeterli yzey alanna ihtiyac vardr. Kanatklar, s aktarm yzeylerini geniletmeleri ve oluturacaklar ak dalgalanmalaryla, ayn hacimde s aktarm miktarn arttrmaktadrlar. Fakat kanatklarn uygun ekilde kullanlmamas s geiini artrmak yerine azaltabilir. Bu nedenle, ince ve ak engellemeyecek lde sk aralkl kanatk tasarmnn verimli olaca sylenebilir. Bu almada, zikzak ve d zikzak kanatklarn s transferi ve ak yaps zerindeki etkileri aratrlmtr. almada ayrca, kanatk yksekliinin scak akkan scakl zerindeki etkisi dikkate alnm ve kanaln alt ve st yzeylerinde oluan scaklk dalmlar da grselletirilmitir.

Bununla birlikte, farkl Reynolds saylarnn Nusselt says zerindeki etkisi de incelenmi ve Re saysndaki artn, Nu saysnda arta neden olduu grlmtr. Scaklk dalmlar ANSYS paket program kullanlarak grselletirilmitir. Sonular, her iki kanatk geometrisinde yerel Nusselt saysnn deiimi iin de dz kanalla karlatrlarak, paralel ve ters ak durumunda da sunulmutur.Elektronik teknolojisindeki gelimeler elektronik cihazlarn kullanm sahalarnn giderek yaygnlamasna neden oldu. Bilindii gibi elektronik sistemler almalar esnasnda s yayarlar. Yaylan bu s nedeniyle, sistemin scakl artar. Elektronik sistemlerin alma performanslar scaklkla ok yakndan ilikilidir. Bu nedenle, soutulmalar byk nem tar. Soutma ilemi iin eitli yntemler kullanlmaktadr. Soutucu akkan olarak genellikle hava tercih edilir. Genelde, doal veya fan destekli olarak hava ile soutma, elektronik paralarn soutulmas iin tercih edilen bir yntemdir.

Elektronik bir devreyi doal ortamda soutmak yetersiz kalyorsa, soutma yzeyini arttrmak amacyla elektronik para zerine soutucu kanatlar; ya da pimli yzeyler eklenebilir. Baz durumlarda bu yntem yeterli soutma salamayabilir. Bu durumda elektronik devrenin bir fan aracl ile zorlanm tasmmla soutulmas ynne gidilir. Bu almamzda ise bir fan aracl ile sisteme hava gnderilerek, zorlanm tanm yolu ile kanat yzeyinden s transferi gerekletirildi.

PROBLEMN TANITILMASI :

Ak iin giri ve k snrlar bulunan ve kanal yzeyinde kayma olmayan, alttan s giri olan bir kanal sisteminde; 3 boyutlu, laminar veya trblansl, Newtoniyen ak iin scaklk dalm elde edilecektir. Tek bir kanal iin saysal analiz yaplacak zm alan aadaki ekilde gsterilmitir.

Grnen ekilde s girii fan sayesinde olur. Fan sistemi soutmaya ynelik hava gnderir. Bu gnderilen hava s kanatklarndan geerek snr ve arka taraftaki pencereden kar.

Elektronik Cihazlarda Mikro kanall Is Alcs Gnmz gelien dnyasnda yar iletken teknolojisindeki performans art elektronik ciplerden daha fazla s aa kmasna sebep olmaktadr. iplerde oluan yksek snn ortamdan uzaklatrlmas geleneksel s transferi metot ve aralarnn snrlarn am, yeni yntemleri gerekli klmaya balamtr. Yeniliki s transferi yntemlerinden biri de mikro kanall s alclarnn kullanmdr. Mikro kanallarn boyutlarnn kkl, boyutu mikron seviyesine gelen elektronik s kaynaklarnn soutulmas iin avantaj olmaktadr. Mikro kanall s alclarnn dier avantajlar ise yksek s transferi oranlarna ulalabilmesi, dk termal diren, byk en-boy oran ve ip zerindeki scak noktalarn soutulmas iin uygun olmalar olarak sralanabilir.

Dnyada aratrmalarn gittike younlat mikro kanall s alclar, gelecekte youn olarak kullanlacak s transferi metodu olduunu kantlamtr. Bu sebeple; lkemizde de kullanm alan bulmaya balayan mikro kanall s alclarnn performanslarnn incelenmesi, geometrik olarak optimizasyonun yaplmas gibi alanlarda akademik almalar yaplmas gereklilii ortaya kmaktadr. Bu alma mikro kanallar ile ilgili benzer akademik almalar ile beraber lkemizdeki bu alandaki boluu dolduracak niteliktedir.

KULLANILACAK DENKLEMLER :Ktlenin korunumu (sreklilik) denklemini, momentumun korunum denklemini (Navier- Stokes Denklemleri) ve scaklk cinsinden enerjinin korunumu denklemlerini almamzda ICEPAK paket program kullanacaktr.

YNTEM :

Bu almamzda ANSYS paket programnda sistemimizi modelleyip, zmler elde etmeye altk.

PAKET PROGRAMDA DZAYN VE MODELLEME :

Paket programmzn eitim ksmnda ki bilgileri ve ncesinde yaptmz gerekli n almalar kullanarak, dizayn deerlerimiz iin iaret kutucuklarndaki parametreleri nasl kullanacamz, birincil fonksiyonlar nasl atayacamz ve daha iyi bir model elde etmek iin s alclardaki kanatk yapsnn dz sral veya aral aral olup olmadnn bulunmasn iin gerekli almalar yapm olduk. Sonularmz ise maximum scaklkla karlatrmal olacak ekilde ifade etmeye altk. Hcre saysn, gerekli hafzay, iletim sresini azaltmak iin uyumsuz alarda ilemleri de gz nne bulundurmaya altk. Ayrca, paracklarn izleri uyumsuz alarda kurgulanarak sonularn iletimi boyunca sunulmas da saland.

Bu rehberin uygulama aamalar ;Tutorial de gsterilen parametreler tanmlanr. (dizayn deikenleri )Dizayn deikenlerindeki deerler tanmlanrletme ve rapor parametreleri denetlenirYzeyleri ayn hizalamak iin s alcsndan bir kesit alnrParack izleri ileri ve ters ynde gsterilir

n Koullar:

Sistemizde icepack programn kullanarak, bu problemimizde bizden istenen sonulara ulaabilmek iin program balangcnda bulunan icepack programn ierisindeki tutorialdan yararlanarak ilemlerimizi sonulandrmaya altk.

ZET :

ANSYS paket programnda ip scaklnn, kanal zerindeki basn ve hz vektrlerinin konum ile deiimini gsteren grafikler elde edilmeye allacaktr. Bunlara ek olarak kanal genilii, fin genilii, kanal ykseklii gibi geometrik parametrelerin kanaldaki ak srasnda s transferine ve basn dne etkileri incelenecektir.

SSTEMN TANIMI :

Bu model paket topluluklarndan (package assembly) olumaktadr. Bu paket topluluklarna BGA paketleri olarak adlandrabiliriz. Bunlar;Inline (Dz Sral) ve Staggered(Aral Aral) ekilde olan soutucu nesneleri (heat sink)PCB nesne(Kart),Yayc plakaFanRzgr tnelinden olumaktadr.

PROJE SSTEMNN OLUTURULMASI :

lk olarak ICEPAK programnda Tutorial 9 u zmemiz iin ICEPAKin bir zellii olan unpack i kullanarak sistemimizi programa ardk. ardmz sistemin zerinde Tutorial 9 da bizden isteneler dorultusunda hareket ederek talimatlar uyguladk. Projenin amacna uygun olarak iki eit sistem oluturduk Inline ve Stragged olmak zere. Oluturduumuz bu sistemleri ICEPAK in zelliklerinden faydalanarak tablolar halinde sunduk. Fanlar yardmyla havann sistem erisindeki hareketini ICEPAK in bir baka zelliinden faydalanarak inceleme frsat bulduk. Bunlar ICEPAK almalar blmnde sunduk.

ICEPAK ALIMASI :

Sonuca ulamak iin yaplan almalar ise yle sralayabiliriz;Parametreleri tanmladk ve birincil fonksiyonlar atadk.Mesh oluturduk.Problem zm iin gerekli veriler girdik.zm hesaplattk.

ICEPAK bu sonular bize scaklk ve hz tablolar eklinde elde etmitir.Tutorial da unpack yaptmz sistemi istenilenler dorultusunda dz sral ve aral aral heat sink eklinde zmledik ve sonucunda ICEPAK yardmyla bu tablolar elde ettik.Parametric Trials olarak adlandrlan bu tabloda Tmax ve Runtime verilerinin ICEPAK tarafndan hesaplandn grmekteyiz.

Cross Cut Extrusion fine gre ICEPAKten aldmz sonular;

Bonded fine gre ICEPAKten aldmz sonular;

Rectangular Fana gre oluturduumuz sistemimizi zdrmemiz sonucunda ICEPAKten aldmz sonular;

Bu sistemleri karlatrdmzda gryoruz ki Staggered Heat Sink(s kanatklar) te maximum scakl en az olan sistem Fan geometrisi rectengular olarak seilen sistem olduunu grmekteyiz. Ayn zamanda Inline Heat Sinkte de ayn durum geerlidir. Maksimum scakl en az olan fan geometrisi rectengular olan Fan dr. Sonulandrdmz sistem iin ICEPAK tarafndan aldmz sonular ve tablolatrlm hali ICEPAK tarafndan bize u ekilde sunulmutur :DZ SIRALI HEAT SNK e gre aldmz sonular;Problemimizi zebilmek iin ICEPAKten ardmz sistemi bizden istenen parametrelere uygun olarak Dz Sral Heat Sink (s kanatklar) e gre zdrdk.

Aada verilen tablolar bize sistemimizin alma prensibleri ve aamalar hakknda fikir vermektedir. Iteration (tekrar says) 300 olarak belirlediimiz sistemimizin en doru ekilde alt aral bulmu olduk ve en doru ekilde sonular elde etmi olduk. ICEPAKte zdrm olduumuz bu sistemin asl amalarn u ekilde sralayabiliriz; ncelikle ama Dz Sral Heat Sink (s kanatklarna) gre hz, scaklk tablosunu elde etmek ve fann sistemi hangi hzda hava girii olduunu ayn zamanda scaklk deerlerinin fana gre deiimini gzlemledik.

Burada gsterilen tabloda HeatSink(s kanatklar) iin hz hesabn bize tablo halinde iteration (tekrar says) 300 olacak ekilde ICEPAK tarafndan bize vermitir : Buradaki dz sral heat sink (s kanatklar)in iteration yaparak en doru deerlerini bulmu olduk. Tm sistemin inline heat sink e gre hz bulunmu oldu.

Burada gsterilen tabloda HeatSink(s kanatklar) sistemimiz iindeki 700_BGA ile gsterilen ip iin scaklk hesab ICEPAK tarafndan elde edilerek bize verilmitir:

Cross Cut Extrusion Fin nlinea gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

Bonded Fin nline gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

Rectangular Fana gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

Stragged Heat Sink (Aral Aral Is Kanatklar) ICEPAK tarafndan hz ve scaklk deiimini tablo halinde elde edilmitir.

Burada gsterilen tabloda HeatSink(Is Kanatklar) iin hz hesabn bize tablo halinde iteration (tekrar says) 300 olacak ekilde ICEPAK tarafndan bize vermitir :

Burada gsterilen tabloda HeatSink(Is Kanatklar) sistemimiz iindeki 700_BGA ile gsterilen ip iin scaklk hesab ICEPAK tarafndan elde edilerek bize verilmitir :

Cross Cut Extrusion Fine gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

Bonded Fine gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

Rectangular Fana gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

Iteration(tekrar says) 300 olarak zdrdmz sistemimizde en dk scaklk deerelerini Rectengular Fana gre dzenlediimiz sistem oluturmutur.

TEST EDLEN SONULARIN KONTROLFana olan uzaklklarna gre hz dalm sonular kontrol ettik:FANA YAKIN OLAN SSTEM:Sistemimizde ilk olarak fana yakn ekilde hz dalm modellemesi gerekletirdik ve bu lde aadaki tasarm sonucunu elde ettik.

FAN LE SPREADER (YAYICI PLAKA) ARASINDAK SSTEM:Sistemizde ikinci aama olarak fan ile yayc plaka arasndaki hz dalm modellemesi gerekletirdik ve bu lde aadaki tasarm sonucunu elde ettik.

FANDAN UZAKTAK SSTEM:Sistemizi fandan belli bir uzaklkta olacak ekilde modelleyip bu ltte hz dalm modellemesi gerekletirdik ve aadaki tasarm sonucunu elde ettik.

Fan tarafndan sisteme giren havann eitli uzaklklardaki hz kontroln elde ettik:Bu sistemde ise ana eklimizden kesit alarak hz dalm elde ettik. Aadaki dalmlar srasyla fana yakndan uzaa doru olan dalmlardr.

Renk farkllklar hz parametresine gre ele alnarak ekilde de grld gibi yksek hzlarda krmz dk hzlarda mavi olacak ekilde deiir.

TM SSTEME HAVA GRNN HIZ KONTROL YAPILMITIR:Bu dalmda fandan kan havann rzgr tneline kadar gidiini gsteren hz dalm grafii elde ettik.

ekilde de grld gibi fandan kta yksek hzlarda akan hava rzgar tneline doru giderken azalmaktadr. Ayrca sistemimizde yanlara doru giden hava da dk hzdadr.

Rectangular Fan in sistem kontrol yaptk ve bulduumuz sonular u ekilde oldu;

Kontrol ettiimiz iki sistemimizi kyaslarsak resimlerde de grdmz gibi ikinci sistemimiz yani Rectengular Fana gre ayarladmz sistemin daha hzl hava girii olduunu grrz.

DZ SIRALI HEAT SINKTE FAN ve PACKAGE SICAKLIK, HACM LKS

Cross Cut Extrusion Fine gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

Bonded Fine gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

Rectangular Fane gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

DZ SIRALI HEAT SINK(ISI KANATII) SICAKLIK KONTROL

Dz sral heatsink(s kanat) iin aadaki ICEPAKn oluturduu tabloda maksimum ve minimum scakl gsterilmitir.

Cross Cut Extrusion Fine gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

Bonded Fine gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

Rectangular Fane gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

ARALI ARALI HEAT SINKTE FAN ve PACKAGE SICAKLIK, HACM LKS

Cross Cut Extrusion Fine gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

Bonded Fine gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

Rectangular Fane gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

ARALI ARALI HEAT SINK SICAKLIK KONTROL

Aral aral heatsink(s kanat) iin aadaki ICEPAKn oluturduu tabloda maksimum ve minimum scakl gsterilmitir.

Cross Cut Extrusion Fine gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

Bonded Fine gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

Rectangular Fana gre dzenlediimiz sistemimiz sonucunda aldmz deerler u ekilde olmutur;

Bu drt sistemimizi karlatrdmz zaman grlyor ki en dk scaklk Rectangular Fana gre dzenlediimiz sistemimiz olmutur.

SONU : ANSYS paket programnda ip scaklnn, kanal zerindeki basn ve hz vektrlerinin konum ile deiimini gsteren grafikleri ve bunlara ek olarak kanal genilii, fin genilii, kanal ykseklii gibi geometrik parametrelerin kanaldaki ak srasnda s transferine ve basn dne etkileri inceledik. Bunun sonucunda, bu eitimde daha iyi bir model elde etmek iin s alcsndaki kanatk yapsnn dz sral veya aral aral olup olmadn programmz yardmyla ifade etmeye altk. Is alcdaki maximum scakla gre elde edilen sonular dorultusunda aral aral kanatk yapsnda daha yksek scaklk deerleri gzlemlendi. Bir sistemin scaklnn olabildiince dk olmasn tercih ederiz. nk elektronik cihazn scakl fazla olursa hata oran artar ve elektronik aletin mr azalr.

Bu sebeplerden dolay yaptmz almada inline (dz sral) heat sink (s kanatklar) in daha salkl bir seim olacan gzlemlemi olduk. Bunun sebebini yukarda akladmz gibi hem sistemin mrn uzatmak hem de hata orann azaltmay hedeflediimiz iin dz sral s kanatklarnn tercihi daha doru olacaktr.Ayrca temel istediimiz sisteme ek olarak 3 sistemde daha ICEPAKte zmleme yaptk. Bu zmlemeler sonucunda ideal sistemimizin Rectengular Fan sistemi olduuna kanaat getirdik. Bunun sebebi ise en dk scaklkta almasdr. Bu sayede hem sistemin mr artar hem de hata oran azalm olur.

EKLERINLINE HEAT SINK(DZ SIRALI ISI KANATIKLARI) :

STAGGERED HEAT SINK (ARALI ARALI ISI KANATIKLARI) :

KAYNAKA

1 - ICEPAK Tutorial 9 dan alnan bilgiler2 - Koray KARABULUT, Ertan BUYRUK, Ferhat KILIN, mer Onur KARABULUT (KAKAC, S., BERGLES, AE., MAYINGER, F., YUNCU, H., Heat Transfer Enhancement Of Heat Exchangers, Kluwer Academic Publischers, Netherlands )3 - KAYA, D., BUYRUK, E., CAN, A., FERTELLI, A., Numerical Study Of Heat Transfer Characteristics Of Extended Surfaces, Strojarstvo4 L. W. Zhang, S. Balachandar, D. K. Tafti, and F. M. Najjar Heat Transfer Enhancement Mechanisms in Parallel-Plate Fin Heat Exchangers