Farklı Termal İyileştirmeler Uygulanmış Faz Değiştiren Malzeme Esaslı Termal Koruma Sistemlerinin Deşarj Performanslarının Karşılaştırılması

Ahmet Can Çapar; Adnan Öztürk; Aydın Demir; Ümit Nazlı Temel

doi:10.69560/cujast.1529209

TR EN

Farklı Termal İyileştirmeler Uygulanmış Faz Değiştiren Malzeme Esaslı Termal Koruma Sistemlerinin Deşarj Performanslarının Karşılaştırılması

Öz

Bu çalışma geçici olarak ısı açığa çıkaran elektronik sistemlerin faz değiştiren malzeme esaslı pasif termal korunumu sırasında FDM bünyesine aktarılan ısının bir sonraki termal korumaya hazır hale getirilmesi için uzaklaştırılması işlemlerine odaklanmıştır. Başka bir ifadeyle belirli bir süre ısı depolanmış (şarj) FDM’nin soğuma performansları (deşarj) FDM üzerinde uygulanan farklı iyileştirme teknikleri açısından karşılaştırılmıştır. Bu amaçla öncelikle FDM içerisine farklı sayıda alüminyum kanat eklemesi ile elde edilen Kanat/FDM termal koruma sistemleri elde edilmiştir. Benzer biçimde FDM içerisine kütlece %1 ve %3 oranlarında yüksek ısıl iletkenliğe sahip karbon tabanlı nanoparçacık eklenmesiyle elde edilen Nanoparçacık/FDM termal koruma sistemleri oluşturulmuştur. Elde edilen Kanat/FDM ve Nanoparçacık/FDM termal koruma sistemlerinin soğuma performansları maksimum yüzey sıcaklığı ve maksimum yüzey sıcaklık farkı kriterleri açısından değerlendirilmiştir. Sonuçlar RT-44 termal korumasının performansı ile karşılaştırmalı olarak verilmiştir. FDM ile karşılaştırıldığında en iyi soğuma performansı %10.5 ile altı kanat eklenmiş FDM termal korumasına aittir. Nanoparçacık/Kanat/FDM hibrit termal korumasında bileşenlerin soğuma performansı için herhangi bir sinerjik etki oluşturmadıkları ve asıl katkının kanatlar tarafından sağlandığı belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

FDM, Soğuma performansı, Kanat, Nanoparçacık, Hibrit termal koruma

Comparison of Discharge Performance of Thermal Protection Systems Based on Phase Change Materials with Different Thermal Improvements

Öz

This study focuses on the removal of heat transferred to the PCM during phase change material based passive thermal protection of transient heat releasing electronic systems in order to make it ready for the next thermal protection. In other words, the cooling performances (discharge) of PCM with heat stored (charge) for a certain period of time were compared in terms of different improvement techniques applied on PCM. For this purpose, firstly, Fin/PCM thermal protection systems obtained by adding different numbers of aluminium fins into the PCM were obtained. Similarly, Nanoparticle/PCM thermal protection systems obtained by adding carbon-based nanoparticles with high thermal conductivity at the rates of 1% and 3% by mass into the PCM were formed. The cooling performances of the obtained Fin/PCM and Nanoparticle/PCM thermal protection systems were evaluated in terms of maximum surface temperature and maximum surface temperature difference criteria. The results are given in comparison with the performance of PCM thermal protection. Compared to PCM, the best cooling performance belongs to the PCM thermal protection with six fins added with 10.5%. In the Nanoparticle/Fin/PCM hybrid thermal protection, it is determined that the components do not create any synergistic effect for the cooling performance and the main contribution is provided by the fins.

Anahtar Kelimeler

PCM, Cooling performance, Fin, Nanoparticles, Hybrid Thermal Protection

Kaynakça

Acır, A., & Emin Canlı, M. (2018). Investigation of fin application effects on melting time in a latent thermal energy storage system with phase change material (PCM). Applied Thermal Engineering, 144(September), 1071–1080. https://doi.org/ 10.1016/j.applthermaleng.2018.09.013
Buyruk, E., & Karabulut, K. (2020). Research of Heat Transfer Augmentation in Plate Fin Heat Exchangers Having Different Fin Types. Journal of Engineering Thermophysics, 29(2), 316–330. https://doi.org/10.1134/S1810232820020137
Chen, Y. J., Nguyen, D. D., Shen, M. Y., Yip, M. C., & Tai, N. H. (2013). Thermal characterizations of the graphite nanosheets reinforced paraffin phase-change composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2012.08.010
Cheng, W. L., Mei, B. J., Liu, Y. N., Huang, Y. H., & Yuan, X. D. (2011). A novel household refrigerator with shape-stabilized PCM (Phase Change Material) heat storage condensers: An experimental investigation. Energy, 36(10), 5797–5804. https://doi.org/10.1016/j.energy.2011.08.050
Chinnasamy, V., & Cho, H. (2022). Thermophysical investigation of metallic nanocomposite phase change materials for indoor thermal management. International Journal of Energy Research, 46(6), 7626–7641. https://doi.org/10.1002 /er.7664
Du, K., Calautit, J., Eames, P., & Wu, Y. (2021). A state-of-the-art review of the application of phase change materials (PCM) in Mobilized-Thermal Energy Storage (M-TES) for recovering low-temperature industrial waste heat (IWH) for distributed heat supply. Renewable Energy, 168, 1040–1057. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.12.057
Fan, L. W., Fang, X., Wang, X., Zeng, Y., Xiao, Y. Q., Yu, Z. T., Xu, X., Hu, Y. C., & Cen, K. F. (2013). Effects of various carbon nanofillers on the thermal conductivity and energy storage properties of paraffin-based nanocomposite phase change materials. Applied Energy. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.04.043
Hosseinizadeh, S. F., Tan, F. L., & Moosania, S. M. (2011). Experimental and numerical studies on performance of PCM-based heat sink with different con fi gurations of internal fi ns q. Applied Thermal Engineering, 31(17–18), 3827–3838. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.07.031
Huang, M. J., Eames, P. C., Norton, B., & Hewitt, N. J. (2011). Solar Energy Materials & Solar Cells Natural convection in an internally finned phase change material heat sink for the thermal management of photovoltaics. Solar Energy Materials and Solar Cells, 95(7), 1598–1603. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.01.008
Kaizawa, A., Maruoka, N., Kawai, A., Kamano, H., Jozuka, T., Senda, T., & Akiyama, T. (2008). Thermophysical and heat transfer properties of phase change material candidate for waste heat transportation system. Heat and Mass Transfer/Waerme- Und Stoffuebertragung, 44(7), 763–769. https://doi.org/10.1007/s00231-007-0311-2

Karabulut, K. (2023). HEAT TRANSFER INCREMENT STUDY TAKING INTO CONSIDERATION FIN LENGTHS FOR CuO-WATER NANOFLUID IN CROSS FLOW-IMPINGING JET FLOW CHANNELS. Thermal Science, 27(6), 4345–4360. https://doi.org/10.2298/TSCI221203035K
Karabulut, K., Buyruk, E., & Kilinc, F. (2018). Grafen Oksit Nanoparçacıkları İçeren Nanoakışkanın Taşınım Isı Transferi ve Basınç Düşüşü Artışı Üzerindeki Etkisinin Düz Bir Boruda Deneysel Olarak Araştırılması. 59(690), 45–67.
Karabulut, K., Buyruk, E., & Kilinc, F. (2020). Experimental and numerical investigation of convection heat transfer in a circular copper tube using graphene oxide nanofluid. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 42(5), 1–16. https://doi.org/10.1007/s40430-020-02319-0
Kurs, B. (2024). Exploring the impact of inner and middle channel geometries on the melting rate of PCM-metal foam composition in a triplex tube heat exchanger. 51(April). https://doi.org/10.1016/j.tsep.2024.102621
Kurşun, B., & Balta, M. (2023). Evaluation of the different inner and outer channel geometry combinations for optimum melting and solidification performance in double pipe energy storage with phase change material: A numerical study. Journal of Energy Storage, 65(January). https://doi.org/10.1016/j.est.2023.107250
Mondieig, D., Rajabalee, F., Laprie, A., Oonk, H. A. J., Calvet, T., & Cuevas-Diarte, M. A. (2003). Protection of temperature sensitive biomedical products using molecular alloys as phase change material. Transfusion and Apheresis Science, 28(2), 143–148. https://doi.org/10.1016/S1473-0502(03) 00016-8
Ping, P., Peng, R., Kong, D., Chen, G., & Wen, J. (2018). Investigation on thermal management performance of PCM-fin structure for Li-ion battery module in high-temperature environment. Energy Conversion and Management, 176(August), 131–146. https://doi.org/10.1016/j. enconman.2018.09.025
Riahi, S., Jovet, Y., Saman, W. Y., Belusko, M., & Bruno, F. (2019). Sensible and latent heat energy storage systems for concentrated solar power plants, exergy efficiency comparison. Solar Energy, 180(August 2018), 104–115. https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.12.072
Sarier, N., & Onder, E. (2012). Organic phase change materials and their textile applications: An overview. Thermochimica Acta, 540, 7–60. https://doi.org/10.1016/j.tca.2012.04.013
Sharma, A., Tyagi, V. V., Chen, C. R., & Buddhi, D. (2009). Review on thermal energy storage with phase change materials and applications. In Renewable and Sustainable Energy Reviews. https://doi.org/10.1016/j.rser.2007.10.005
Temel, Ü. N., & İ, B. Y. Ç. İ. F. T. Ç. (2018). DETERMINATION OF THERMAL PROPERTIES OF A82 ORGANIC PHASE CHANGE MATERIAL EMBEDDED WITH DIFFERENT TYPE NANOPARTICLES LIST OF SEYMBOLS. 75–85.
Tian, L. L., Liu, X., Chen, S., & Shen, Z. G. (2020). Effect of fin material on PCM melting in a rectangular enclosure. Applied Thermal Engineering, 167(April 2019). https://doi.org/10. 1016/j.applthermaleng.2019.114764
Wang, S. M., Matiašovský, P., Mihálka, P., & Lai, C. M. (2018). Experimental investigation of the daily thermal performance of a mPCM honeycomb wallboard. Energy and Buildings, 159, 419–425. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.10. 080
Yuan, Y., Li, T., Zhang, N., Cao, X., & Yang, X. (2016). Investigation on thermal properties of capric–palmitic–stearic acid/activated carbon composite phase change materials for high-temperature cooling application. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. https://doi.org/10.1007/s10973-015-5173-0

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Elektrik Enerjisi Depolama, Enerji, Enerji Üretimi, Dönüşüm ve Depolama (Kimyasal ve Elektiksel hariç)

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Ahmet Can Çapar
0000-0002-5916-6334
Türkiye

Adnan Öztürk
0000-0001-6371-0577
Türkiye

Aydın Demir
Türkiye

Ümit Nazlı Temel ^*
0000-0001-5053-5124
Türkiye

Erken Görünüm Tarihi

23 Aralık 2024

Yayımlanma Tarihi

26 Aralık 2024

Gönderilme Tarihi

7 Ağustos 2024

Kabul Tarihi

24 Eylül 2024

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2024 Cilt: 3 Sayı: 2

DOI

https://doi.org/10.69560/cujast.1529209

IZ

https://izlik.org/JA23BY53FA

APA

Çapar, A. C., Öztürk, A., Demir, A., & Temel, Ü. N. (2024). Farklı Termal İyileştirmeler Uygulanmış Faz Değiştiren Malzeme Esaslı Termal Koruma Sistemlerinin Deşarj Performanslarının Karşılaştırılması. Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 3(2), 44-54. https://doi.org/10.69560/cujast.1529209

AMA

1.Çapar AC, Öztürk A, Demir A, Temel ÜN. Farklı Termal İyileştirmeler Uygulanmış Faz Değiştiren Malzeme Esaslı Termal Koruma Sistemlerinin Deşarj Performanslarının Karşılaştırılması. CUJAST. 2024;3(2):44-54. doi:10.69560/cujast.1529209

Chicago

Çapar, Ahmet Can, Adnan Öztürk, Aydın Demir, ve Ümit Nazlı Temel. 2024. “Farklı Termal İyileştirmeler Uygulanmış Faz Değiştiren Malzeme Esaslı Termal Koruma Sistemlerinin Deşarj Performanslarının Karşılaştırılması”. Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 3 (2): 44-54. https://doi.org/10.69560/cujast.1529209.

EndNote

Çapar AC, Öztürk A, Demir A, Temel ÜN (01 Aralık 2024) Farklı Termal İyileştirmeler Uygulanmış Faz Değiştiren Malzeme Esaslı Termal Koruma Sistemlerinin Deşarj Performanslarının Karşılaştırılması. Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 3 2 44–54.

IEEE

[1]A. C. Çapar, A. Öztürk, A. Demir, ve Ü. N. Temel, “Farklı Termal İyileştirmeler Uygulanmış Faz Değiştiren Malzeme Esaslı Termal Koruma Sistemlerinin Deşarj Performanslarının Karşılaştırılması”, CUJAST, c. 3, sy 2, ss. 44–54, Ara. 2024, doi: 10.69560/cujast.1529209.

ISNAD

Çapar, Ahmet Can - Öztürk, Adnan - Demir, Aydın - Temel, Ümit Nazlı. “Farklı Termal İyileştirmeler Uygulanmış Faz Değiştiren Malzeme Esaslı Termal Koruma Sistemlerinin Deşarj Performanslarının Karşılaştırılması”. Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 3/2 (01 Aralık 2024): 44-54. https://doi.org/10.69560/cujast.1529209.

JAMA

1.Çapar AC, Öztürk A, Demir A, Temel ÜN. Farklı Termal İyileştirmeler Uygulanmış Faz Değiştiren Malzeme Esaslı Termal Koruma Sistemlerinin Deşarj Performanslarının Karşılaştırılması. CUJAST. 2024;3:44–54.

MLA

Çapar, Ahmet Can, vd. “Farklı Termal İyileştirmeler Uygulanmış Faz Değiştiren Malzeme Esaslı Termal Koruma Sistemlerinin Deşarj Performanslarının Karşılaştırılması”. Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, c. 3, sy 2, Aralık 2024, ss. 44-54, doi:10.69560/cujast.1529209.

Vancouver

1.Ahmet Can Çapar, Adnan Öztürk, Aydın Demir, Ümit Nazlı Temel. Farklı Termal İyileştirmeler Uygulanmış Faz Değiştiren Malzeme Esaslı Termal Koruma Sistemlerinin Deşarj Performanslarının Karşılaştırılması. CUJAST. 01 Aralık 2024;3(2):44-5. doi:10.69560/cujast.1529209

Farklı Termal İyileştirmeler Uygulanmış Faz Değiştiren Malzeme Esaslı Termal Koruma Sistemlerinin Deşarj Performanslarının Karşılaştırılması

Öz

Anahtar Kelimeler

Comparison of Discharge Performance of Thermal Protection Systems Based on Phase Change Materials with Different Thermal Improvements

Öz

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

Ayrıntılar

Birincil Dil

Konular

Bölüm

Yazarlar

Erken Görünüm Tarihi

Yayımlanma Tarihi

Gönderilme Tarihi

Kabul Tarihi

Yayımlandığı Sayı

DOI

IZ

Kaynak Göster