SOĞUTUCU PLAKALARDA YÜZEY GEOMETRİSİNİN VE KANATÇIK SAYISININ ISI İLETİMİNE ETKİSİNİN SONLU ELEMAN ANALİZİ İLE ARAŞTIRILMASI

Abstract

Ürün geliştirme ve iyileştirmede, Bilgisayar Destekli Mühendislik (BDM) sürekli prototip üretimini azaltıp, ürün maliyeti azaltmakla birlikte ürün kalitesini arttırmaktadır. Genellikle, BDM uygulamaları, tasarımı yapılan ürünün analizi ve simülasyonu şeklinde yapılmaktadır. Örneğin, BDM ile otomobil, elektronik, imalat ve enerji sektörlerinde, soğutma amaçlı kullanılan düz yüzeye sahip plakalar tasarlanıp imal edilmektedir. Bu çalışmada, literatürden farklı olarak plaka kanatçığı yüzey geometrisinin, kanatçık sayısının/kalınlığının ve malzeme tipinin ısı transferi üzerine etkisi sonlu eleman modelleme (FEM) ile karakterize edilmiştir. Plaka malzemesi olarak alüminyum ve bakırın seçildiği çalışmada, üç farklı kanatçık sayısı (4, 6, 8 kanatçık) ve yüzey geometrisine (düz ve dalgalı) sahip soğutucu plakaların ısı transfer performanslarının analizi için sonlu eleman modeli oluşturulmuş ve plakalar üç farklı sıcaklığa (50 oC, 150 oC, 250 oC) maruz bırakılarak analizler gerçekleştirilmiştir. Analiz sonucunda, plakalarda oluşan sıcaklık farkı (t) ve transfer hızı değerleri elde edilmiş ve yorumlanmıştır. Sonuç olarak, bu analiz ve simülasyon çalışmasıyla elektronik aygıtların, imalat ve enerji sistemlerinin, otomobil sektörü parçalarının plaka ile soğutulması uygulamalarına bilgiler elde edilmiştir.

Keywords

• Soğutucu Plaka, Kanatçık, Sonlu Eleman Modelleme, Isı Geçişi

AN INVESTIGATION FOR EFFECT OF FIN FACE GEOMETRY AND NUMBER OF FIN ON HEAT TRANSFER OF THE COOLER PLATE WITH FINITE ELEMENT ANALYSIS

Abstract

In product development and improvement, Computer Aided Engineering (CAE) provides decreasing of the continuously prototype manufacture and product costs and increasing the product quality. Generally, CAE applications are carried out with analysis and simulations of prototype design. Forexample, cooler plates used in automobile, electronic, manufacturing and energy sectors are manufactured after analyzed by FEM In this study, as different from literature, the effect of fin face geometry, number of fin and its thickness, material type of plate on heat transfer are characterized by finite element modelling (FEM). Aluminum and copper plate materials are chosen in FEM and finite element model was set to analyze heat transfer performances of cooler plate with different three fin number (4, 6, 8 number of fin), different two fin face geometry (straight and waved), then FE model was solved by exposing three different temperatures (50 oC, 150 oC, 250 oC) to cooler plate. The heat transfer rate and temperature gradient (t) values on cooler plate were obtained by FEM analyses. As a result, some information are obtained for cooler plate applications of electronic devices, manufacturing and energy systems and automobile parts.

Keywords

• Cooler Plate, Fin, Finite Element Modelling, Heat Transfer

References

1. Lazoglu, I., Buyukhatipoglu, K., Kratz, H., Klocke, F., 2006. Forces and Temperature in Hard Turning. Machining Science and Technology, Cilt: 10, 157-179.
2. Anca, A., Cardon, A., Risso, J., Fachinotti, V.D., 2011. Finite Element Modeling of Welding Processes. Applied Mathematical Modelling, Cilt:35, 688–707. 3. Anonim:
3. http://www.figes.com.tr/dergi/makaleler/aselsan-urun-gelistirme.php (Erişim tarihi:17.10.2014)
4. Singiresu, S.R. 2004. The Finite Elements Methods in Engineering, Fourth edition, Elsevier Science & Technology Books, Miami.
5. Topçu, M., Taşgetiren, S., 1998. Mühendisler İçin Sonlu Elemanlar Metodu. Pamukkale
6. Ünv. Mühendislik Fakültesi Yayını, Denizli, Türkiye.
7. Nikoshkov, G.P., 2010. Programing Finite Element in Java, Springer, 16, Chapter 2, Newyork.
8. Shubha V., Kulkarni, V. S., 2014. Thermal Stress Analysis of Rectangular Plate due to Convection using Finite Element Method. International Journal of Engineering and Innovative Technology (IJEIT), Cilt: 3, Sayı:7, 111-117.

9. Shen, Q., Lee, T.C., Lau, W.S., 1997. A Finite Element Analysis of Temperature Distributions in Spade Drilling. Journal of Materials Processing Technology, Cilt: 66, No: 1, l2- 122.
10. Durunay, M., 2005. Kompozit Bir Plakanın Farklı Ortamlarda Soğutulmasında Sıcaklık
11. Dağılımının Sayısal Analizi. Science and Eng. J. of Fırat Univ., Cilt: 17, No: 4, 709-720.
12. Quadir, G.A., Krishnan, G.M., Seetharamu, K.N., 2002. Modeling of Wire-on-Tube Heat Exchangers Using Finite Element Method. Finite Elements in Analysis and Design, Cilt: 38, 417–434.
13. Jeffers, A.E., 2013. Heat Transfer Element for Modeling the Thermal Response of Non- Uniformly Heated Plates. Finite Elements in Analysis and Design, Cilt: 63, 62–68.
14. Cerit, M., Coban, M., 2014. Temperature and Thermal Stress Analyses of a Ceramic- Coated Aluminum Alloy Piston Used in a Diesel Engine. International Journal of Thermal Sciences, Cilt: 77, 11-18.
15. Mohsin, I.U., Lager, D., Hohenauer, W., Gierl, C., Danninger, H., 2012. Finite Element Sintering Analysis of Metal Injection Molded Copper Brown Body Using Thermo-Physical Data and Kinetics. Computational Materials Science, Cilt: 53, 6–11.
16. Chen, G., Ren, G., Zhang, P., Cui, K., Li, Y., 2013. Measurement and Finite Element Simulation of Micro-Cutting Temperatures of Tool Tip And Workpiece. International Journal Of Machinetools&Manufacture, 75, 16–26.
17. Yang, K., Liang, K.N., Zheng, K.N. Zheng, Q.S., Chen, W.O., 2011. Tool Edge Radius Effect on Cutting Temperature in Micro-End-Milling Process, Int. J. of Advanced Manufacturing Technology, 52, 905–912.
18. Çelik, E., Islamoglu, Y., Akin, Y., Hascicek, Y.S., 2003. Thermal analysis of high temperature ZrO2 insulation ceramic coatings on Ag tapes used as sheath of Bi-2212 superconducting materials using finite element method. Materials and Design, 24, 543– 546.
19. Jumbo, F.S., Ashcroft, L.A., Crocombe, A.D. and Wahab, M.M.A.,2010. Thermal Residual Stress Analysis of Epoxy Bi-Material Laminates and Bonded Joints. Int. J. of Adhesion and Adhesives, 30, 523-538.
20. Sen, F. and Alda, K., 2011. Effects of Using Different Metal Materials on Stresses in Metal-Composite Hybrid Joints, Çankaya University, Journal of Science and Engineering, Cilt: 8, No: 1, 1-13.
21. Anonim: http://www.ansys.stuba.sk/html/elem_55/chapter4/ES4-70.htm (Erişim tarihi: 25/09/2014)
22. Öztürk, H., 2008. Analysıs and Desıgn for Alumınum Forgıng Process, The Degree Of Master of Scıence Mechanıcal Engıneerıng, METU, pp. 189, Ankara.
23. http://www.uobabylon.edu.iq/uobColeges/fileshare/articles/opt,final2.pdf (Erişim tarihi: 17.10.2014)
24. Culham, J.R., IEEE, M. and Muzychka, Y.S., 2001. Optimization of Plate Fin Heat
25. Sinks Using Entropy Generation Minimization, IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, Sayı: 24, No: 2, 159-165.