Kare Kanatçıklı Isı Alıcıda Elektrosprey Soğutma ile Isı Transfer Karakteristiklerinin Belirlenmesi

Year 2023, , 843 - 857, 15.09.2023

Abdüssamed Kabakuş , Kenan Yakut

https://doi.org/10.31466/kfbd.1251118

Abstract

Bu çalışmada literatüründe hakkında oldukça sınırlı çalışma olan elektrosprey soğutmada, elektrik geriliminin, soğutucu akışkan debisinin ve nozul çapının ısı alıcı üzerindeki ısı transfer performansına etkileri araştırılmıştır. Deneyler 20 mm ısı alıcı-nozul arası mesafede ve 1,88-2,02-2,19-2,4-2,59-2,75-2,99-3,2 kW/m2 ısı akılarında gerçekleştirilmiştir. Soğutucu akışkan olarak etanol kullanılmıştır. 3,4-4,4-5,4 kV gerilimlerde, 0,1-0,2-0,3 ml/dk akışkan debilerinde ve 20-25-30 G nozul çaplarında deneyler yapılmıştır. Sonuç olarak nozul çapının azalması, soğutucu akışkan debisinin ve elektrik geriliminin artmasıyla ısı alıcı üzerinden gerçekleşen ısı transferinin arttığı belirlenmiştir. Herbir değişken parametre için farklı elektrosprey modu gözlemlenmiş, multi jet modunda etkili soğutma elde edilmiştir.

Keywords

Elektrosprey soğutma, ısı transferi, Weber Sayısı, Elektrik Weber Sayısı, Isı Alıcı

Supporting Institution

Atatürk Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Project Number

FBA-2018-6965

Thanks

Desteklerinden dolayı Atatürk Üniversitesi BAP Koordinatörlüğüne teşekkür ederiz

Determination of Heat Transfer Characteristics with Electrospray Cooling in a Square Fin Heat Sink

Abstract

In this study, the effects of electrical voltage, coolant fluid flow rate and nozzle diameter on the heat transfer performance on the heat sink were investigated in electrospray cooling, which has a very limited study in the literature. The experiments were carried out at a distance of 20 mm between the heat sink and the nozzle and heat fluxes of 1.88-2.02-2.19-2.4-2.59-2.75-2.99-3.2 kW/m2. The experiments were carried out at a distance of 20 mm between the heat sink and the nozzle and heat fluxes of 1.88-2.02-2.19-2.4-2.59-2.75-2.99-3.2 kW/m2. Ethanol was used as the coolant fluid. Experiments were carried out at voltages of 3.4-4.4-5.4 kV, flow rates of 0.1-0.2-0.3 ml/min and nozzle diameters of 20-25-30 G. As a result, it was determined that the heat transfer over the heat sink increased with the decrease in the nozzle diameter, the increase in the coolant fluid flow rate and the electrical voltage. Different electrospray mode was observed for each variable parameter, and effective cooling was obtained in multi-jet mode.

Keywords

Electrospray cooling, heat transfer, Weber Number, Electric Weber Number, Heat Sink

Project Number

FBA-2018-6965

References

• Badıllı, U., Tarımcı, N. (2009). Elektrosprey püskürtme yöntemi ve nanoteknolojideki uygulamaları. Ankara Eczacılık Fakültesi Dergisi, 38, 117-135.
• Boston, L., Huang, P., Chiarot, P. (2022). Effect of nozzle orientation on electrospray cooling. Applied Thermal Engineering, (210), 118360. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118360
• Cloupeau M., Prunet-Foch B. (1994). Electrohydrodynamic spraying functioning modes: a critical review. Journal of Aerosol Science, 25 (6), 1021–1036. https://doi.org/10.1016/0021-8502(94)90199-6
• Deng, W., Gomez, A. (2011). Electrospray Cooling for Microelectronics. International Journal of Heat and Mass Transfer, 54, 2270-2275. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.02.038
• Eow, J. S., Ghadiri, M., Sharif, A. (2001). Deformation and break-up of aqueous drops in dielectric liquids in high electric fields. Journal of Electrostatics, (51-52), 463-469. https://doi.org/10.1016/S0304-3886(01)00035-3
• Gibbons, M.J., Robinson, A.J. (2017). Heat transfer characteristics of single cone-jet electrosprays. International Journal of Heat and Mass Transfer, (113), 70-83.
• Jaworek, A., Krupa, A. (1999). Classification of the modes of EHD spraying, Journal of Aerosol Science. 30 (7), 873–893. https://doi.org/10.1016/S0021-8502(98)00787-3
• Kabakuş, A. (2021). Isı alıcılarda elektrosprey soğutma analizi. Doktora Tezi, Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum, Türkiye.
• Karakaya, M. C. (2012). Elektrosprey enjeksiyon sistemi tasarımı ve karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye.
• Kim, Y., Jung, S., Kim, S., Choi, S.T., Kim, M., Lee, H. (2020). Heat transfer performance of water-based electrospray cooling. International Communications in Heat and Mass Transfer, (118), 104861. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2020.104861
• Kline, S.J., McClintock, F.A. (1953). Describing uncertainties in single-sample experiments. Mechanical Engineering, (75), 3-8.
• Manay, E. (2018). Çoklu Mikrokanallarda Ferroakışkanların Isı Transferi ve Basınç Düşümü Karakteristiklerinin Deneysel İncelenmesi. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 8(4), 247-258. DOI: 10.21597/jist.398234
• Özakın, A. N., Kabakuş, A. (2022). Düzlem yüzey ısı alıcılarda tekli ve çoklu hava jetinin ısı ve akış karakteristiklerine etkisinin sayısal analizi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 12 (3) , 839-847 . DOI: 10.17714/gumusfenbil.1020711
• URL-1: https://www.interlab.com.tr/assets/upload/services/document/920-026-ethanol-absolute64-17-5-en-r-2-pdf24062022094202.pdf, (Erişim tarihi: 10.02.2023)
• Wang, H., Mamishev, A.V. (2012). Heat transfer correlation models for electrospray evaporative cooling chambers of different geometry types. Applied Thermal Enginnering, (40), 91-101. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.01.061
• Xu, H., Wang, J., Li, B., Yu, K., Wang, H., Tian, J., Li, B. (2022). Electrospray characteristics and cooling performance of dielectric fluid HFE-7100. Energy, (259), 125072. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.125072
• Xu, H., Wang, J., Li, B., Yu, K., Tian, J., Wang, D., Zhang, W. (2021). Effect of spray modes on electrospray cooling heat transfer of ethanol, Applied Thermal Engineering, (189), 116757. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.116757
• Yakut, R., Yakut, K., Sabolsky, E., Kuhlman, J. (2021). Experimental determination of cooling and spray characteristics of the water electrospray. International Communications in Heat and Mass Transfer, (120), 105046. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2020.105046
• Yakut, R., Yakut, K., Sabolsky, E., Kuhlman, J. (2021). Determination of heat transfer and spray performances of isopropyl alcohol electrospray. Sensors and Actuators A: Physical, 332(1), 113135. https://doi.org/10.1016/j.sna.2021.113135
• Yakut, K., Kabakuş, A., Yeşildal, F., Karabey, A., Kanal akışında optimize edilmiş ısı alıcıların çarpan jetle ısı transferi ve akış karakteristikleri analizi, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 31(1), 43-55.
• Yeşildal, F. (2014). Sprey soğutmada ısı ve akış karakteristiklerinin belirlenmesi. Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum, Türkiye.
• Yeşildal, F., Özakın, A. N., Yakut, K. (2022). Optimization of operational parameters for a photovoltaic panel cooled by spray cooling. Engineering Science and Technology, an International Journal, 100983. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2021.04.002
• Zhao, Z., Peles, Y., Jensen, M. K. (2013). Water jet impingement boiling from structured-porous surfaces. International Journal of Heat and Mass Transfer, 63, 445-453. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.03.085
• Zhong, X., Yi, R., Holliday, A.E., Chen, D.D. (2009). Field distribution in an electrospray ionization source determined by finite element method. Rapid Communications In Mass Spectrometry, (23), 689-697. DOI: 10.1002/rcm.3914