Farklı Ortam Sıcaklıklarında Marangoni Konveksiyonu Gösteren Bir Akışkanın Serbest Yüzeyindeki Hız ve Sıcaklık Profillerinin ANSYS Fluent ile Sayısal İncelenmesi

Yıl 2025, Cilt: 15 Sayı: 2, 27 - 32, 29.07.2025

Ela Katı Sunay , Ramazan Selver

https://doi.org/10.35354/tbed.1739645

Öz

Yarı iletken malzemelerin üretim kalitesini arttırmak, elektronik cihazların performansını doğrudan etkileyen kritik bir konudur. Bu doğrultuda, Marangoni (Yüzey Gerilimli) konveksiyon hareketlerinin yarı iletken kristal üretim süreçlerine etkisi araştırılmaktadır. Yapmış olduğumuz çalışmada, ANSYS Fluent programı yardımıyla dikdörtgen kap konfigürasyonu modellenmiş ve akışkan olarak 5 cSt viskoziteye sahip silikon yağı kullanılmıştır. Farklı ortam sıcaklıkları ve farklı yerçekimi koşulları altında toplam dört ayrı sayısal çözümleme gerçekleştirilmiştir. Bu çözümlemelerde dikdörtgen kap konfigürasyoınu içerisinde Marangoni konveksiyon hareketi oluşturulmuştur. Her bir çözümlemede sıvı serbest yüzeyindeki hız ve sıcaklık profilleri detaylı olarak incelenmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Elde edilen bulgularda, farklı ortam sıcaklıkları kullanılarak gerçekleştirilen çözümlemelerde sıvı serbest yüzeylerinden elde edilen hız ve sıcaklık profillerindeki farklılıkların daha belirgin olduğu ortaya konulmuştur.

Anahtar Kelimeler

Marangoni Konveksiyon , Hız Profilleri , Sıcaklık Profilleri , Yarı İletken , Silikon Yağı

Kaynakça

• Ostrach, S. (1977). Motion induced by capillarity. Physico-Chemical Hydrodynamics, 2, 571–589.
• Ostrach, S. (1979). Convection due to surface tension gradients. COSPAR Space Research, 19, 563–570.
• Ostrach, S. (1982). Low-gravity fluid flows. Annual Review of Fluid Mechanics, 14, 313–345.
• Chun, C. H., & Wuest, W. (1978). A micro gravity simulation of Marangoni convection. Acta Astronautica, 6(8), 681.
• Schwabe, D., Scharmann, A., Preisser, F., & Oder, R. (1978). Experiments on surface tension driven flow in floating zone melting. Journal of Crystal Growth, 43, 305–312.
• Preisser, F., Schwabe, D., & Scharmann, A. (1983). Steady and oscillatory thermocapillary convection in liquid columns with free cylindrical surface. Journal of Fluid Mechanics, 126, 545–567.
• Kamotani, Y., Lee, J. H., Ostrach, S., & Pline, A. (1992). An experimental study of oscillatory thermocapillary convection in cylindrical containers. Physics of Fluids A, 4, 955–962.
• Kamotani, Y., Ostrach, S., & Lin, J. (1995). An experimental study of free surface deformation in oscillatory thermocapillary flow. Acta Astronautica, 28(9), 23–30.
• Gupta, N. R., Haj-Hariri, H., & Borhan, A. (2006). Thermocapillary flow in double-layer fluid structures: An effective single-layer model. Journal of Colloid and Interface Science, 293, 158–170.
• Selver, R., & Katı, E. (2011). Transition from the steady to the oscillatory thermocapillary convection in a rectangular container under various cold wall temperature effects. Microgravity Science and Technology, 23, 277–285.
• Mielniczuk, O., Millet, O., Gagneux, G., & El Youssoufi, M. S. (2018). Characterisation of pendular capillary bridges derived from experimental data using inverse problem method. Granular Matter, 20, 14–23.
• Sequeira, Y., Maitra, A., Pandey, A., & Jung, S. (2022). Revisiting the NASA surface tension driven convection experiments. npj Microgravity, 8(5).
• Blanco, I. J., Salgado Sánchez, P., Gligor, D., Borshchak Kachalov, A., & Arshadi, A. (2025). Microgravity control of a free surface in elliptical containers via thermocapillary flows. Microgravity Science and Technology, 37(10).
• Katı Sunay, E. (2013). Farklı parametreler altında kararlı ve osilasyonlu yüzey gerilim konveksiyon hareketlerinin incelenmesi (Doktora tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi). S.D.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü.
• Incropera, F. P., DeWitt, D. P., Bergman, T. L., & Lavine, A. S. (2007). Fundamentals of heat and mass transfer (6th ed.). Wiley.
• Selver, R. (2005). Experiments on the transition from the steady to the oscillatory Marangoni convection of a floating-zone under various cold wall temperatures and various ambient air temperature effects. Microgravity Science and Technology, 17(4), 25–35.