Şengül Şirin
|
Cevap : Mikro Kanallarda Basınç Düşüşü ve Isı/Kütle Aktarımı:Taşınım Ile Isı-Kütle Aktarımı
Kanal boyutları küçüldüğünde, kaygan olmayan akış yaklaşımında olduğu gibi akışkan sıcaklığı ve hızının yüzeydeki değerlere eşit kabulü, yüzeyde hız kayması ve sıcaklık atlamasından dolayı düzeltilmesi gerekir Bu, özellikle çok küçük boyutlardaki kanallarda gaz akış (10-3< Kn <10-1) için oldukça önemlidir[2-6] Greatz problemi laminer akışta dairesel borularda zorlanmış taşınım eşitliklerininŞekil 1 Isı Aktarım Bağıntılarının Karşılaştırılması (Pr=5) a- Laminer akış b-Türbülanslı akış basitleştirilmesidir ve Greatz tarafından analitik olarak çözülmüştür Burada eksenel yöndeki iletim ve viskoz kayıpları ihmal edilmiştir
Bayazitoğlu ve Ozisik [24] tarafından Greatz probleminin eksenel iletimli çözümü verilmiştir Baron vd [25,26] tarafından Greatz problemi mikro borularda kaygan akış sınır koşulu için genişletilmiştir Tunc ve Bayazıtoğlu [27,28] tarafından sırasıyla mikro boru ve mikro dikdörtgen kanal için enerji eşitlikleri çözülmüştür Bu çalışmalarda viskoz kayıplar dikkate alınmış ancak eksenel iletim ihmal edilmiştir Chen [29] tarafından sabit yüzey sıcaklığı için iki paralel levhadan oluşan mikro kanalda zorlanmış taşınım için enerji eşitliğinin çözümü verilmiştir Bu çalışmada viskoz kayıplar dikkate alınmış, kaygan akış sınır koşulu kullanılmıştır Son zamanlarda Greatz probleminin çözümü, viskozite ve sıcaklık atlaması, akış yönünde iletim ve viskoz kayıplar birlikte dikkate alınarak Jeong ve Jeong [30] tarafından verilmiştir
Mikro kanallarda termal olarak gelişmekte olan akış yaklaşımının kullanılarak ısı aktarımı iyileştirmesi yapılabileceği de ayrıca yazarlar tarafından belirtilmiştir [31,32] Xu vd [32], uzunlamasına ve enine çoklu üçgen ve yamuk kanallardan oluşan sistemde ısıl olarak gelişmekte olan akışta ısı aktarımını incelemişleridir Üçgen kanallar uzunlamasına, yamuk kanallar ise enlemesine yerleştirilmiştir ve bir birinden bağımsız 6 kanal bölgesi oluşturulmuştur ve bu bölgeler termal giriş uzunluğunu sağlayacak boyutlarda ayarlanmıştır Toplam boyut her iki düzenleme için de aynıdır Hidrolik çap 155 |J,m, Reynolds sayısı 110-1100 aralığında ve toplam ısıtma uzunluğu 16 mm olarak verilmektedir
Hem uzunlamasına hem de enlemesine düzenlenmiş sistemde yüzey sıcaklığının akış yönünde lineer olmayan davranış gösterdiği, termal giriş bölgesinde Nusselt sayılarının yüksek olduğu ve bu yaklaşımla ısı aktarımı iyileştirmesinin yapılabileceği kaydedilmektedir Harms vd [31], tek mikro kanal ve çoklu mikro kanallardan oluşan sistemde ısı aktarımını deneysel olarak incelemişlerdir Akışkan olarak suyun kullanıldığı çalışmada Reynolds sayısı 173-12900 aralığında değiştirilmiştir Laminer akıştan türbülanslı akışa geçiş için kritik Reynolds sayısının 1500 olduğu verilmektedir Her iki sistem için deneysel yerel Nusselt sayılarının gelişmekte olan kanal akış teorisi ile uyuştuğu, kanal genişliğinin azalması ve derinliğin artması ile daha iyi akış ve ısı aktarımı performansı sağlanacağı belirtilmektedir
Tek kanal için deneysel olarak elde edilen Nusselt sayıları tüm akış hızları için hesaplanan değerlerden büyük elde edilmiştir, bu artışın giriş etkilerinden kaynaklanabileceği belirtilmiştir Çoklu kanal sonuçlarının yüksek akış hızlarında teori ile uyuştuğu, ancak düşük hızlarda sapmanın arttığı belirtilmektedir Ayrıca yazarlar tarafından, gelişmekte olan laminer akışın türbülanslı akıştan daha iyi performans sağladığı da belirtilmektedir Lelea vd[33], çapları 100, 300 ve 500 |J,m olan dairesel borularda damıtılmış suyun akışında, ısı ve basınç düşüşünü 100-800 Reynolds sayısı aralığında deneysel ve nümerik olarak incelemişlerdir Nusselt sayısının giriş bölgesinde mesafe azalarak, makro kanallarda yüzeyde sabit ısı akısı sınır koşulunda geçerli olan 436 değerine yaklaştığı, dolayısıyla sonuçların teori ile uyuştuğu belirtilmektedir
Mikro kanallarda ısı aktarımını ve basınç düşüşünü etkileyen parametrelerden biri de yüzey ile akışkan arasındaki etkileşimdir Yüzey ile akışkan arasındaki etkileşimi inceleyen deneysel çalışmalar nispeten azdır Wu ve Cheng [34], farklı boyutlarda, W„/ W—0-0934, H— 5622-1108 \xm, ve L/DH — 19177-45379 olan yamuk kanallarda ısı aktarımı üzerine kanal geometrisinin, yüzey pürüzlülüğünün, z/DH — 109 x 10-2 -985 x 10-5, ve yüzeyin hidrofilik özelliğinin etkisini incelemişlerdir Kanal yapımı için silikon wafer ve akışkan olarak ise iyon giderilmiş su kullanılmıştır Sonuçta Nusselt sayısının yüzey pürüzlülüğünün artması ile arttığı, geometrik boyutların, Wb/ W, ve W, HNusselt sayısını önemli ölçüde etkilediği, genel olarak WtHoranın artması ile Nusselt sayısının arttığı, hidrofilik özelliği büyük olan ve termal olarak oksitlenmiş silikondan yapılmış kanal için elde edilen Nusselt sayılarının normal silikondan elde edilen kanal değerlerinden yaklaşık %10 büyük olduğu belirtilmektedir
Ayrıca incelenen parametrelerin fonksiyonu şeklinde Nusselt sayısı bağıntıları da verilmiştir Rosengarten vd[35] tarafından akışkan temas açısının (yüzey ıslanabilirliğinin) ısı aktarımı üzerine etkisini deneysel incelemişlerdir Kullanılan ısı değiştiricide yan duvar etkilerini azaltmak için kanal genişliği derinliğinden çok büyük (W/H=100) seçilmiştir Çalışmada ayrıca eksenel iletimin etkisi de dikkate alınmıştır Çalışmada yüksek temas açılı yüzeyin (hydrophobic) ısı aktarım katsayısını azalttığı, kaygan akışın hidrofobik yüzeylerde daha kolay oluştuğu belirtilmektedir
__________________
Arkadaşlar, efendiler ve ey millet, iyi biliniz ki, Türkiye Cumhuriyeti şeyhler, dervişler, müritler, meczuplar memleketi olamaz En doğru, en hakiki tarikat, medeniyet tarikatıdır
|