Mikrokanal Isıl Performansı Üzerinde Kayma Akışı Modeli Hassasiyeti Etkilerinin Araştırılması

Abstract

Bu tez kapsamında, düzgün dağılımlı ve sabit sıcaklık ile ısıtılan mikrokanalda birinci ve ikinci mertebeden kayma akışı modeli çalışılmıştır. Bu çalışmada, duvarda sabit sıcaklıkta ısı geçişinin ve yalıtımın olması hallerinin kombinasyonundan oluşan sekiz değişik ısıl sınır şartı üzerinden hesaplamalar yapılmıştır. Momentum ve enerji denklemleri hidrodinamik ve ısıl olarak tam gelişmiş sıkıştırılamaz kayma akışı hali için çözülerek boyutsuz hız ve sıcaklık dağılımları elde edilmiştir. Kayma akışı şartında dikdörtgen kanal için hız dağılımı bilinmiyor olmasından dolayı, ilk önce momentum denklemi çözülmüştür. Elde edilen hız dağılımı enerji denkleminde yerine konularak sekiz değişik ısıl sınır şartı için sıcaklık dağılımları bulunmuştur. İntegral dönüşüm metodu iki kere uygulanmıştır, bir kere momentum denklemi için bir kere de enerji denklemi için. Ayrıca sekiz değişik ısıl sınır şartı için ortalama Nusselt sayıları birinci ve ikinci mertebeden kayma akışı modelleri kullanılarak elde edilmiştir. Mikrokanalın ısı transferi karakterine Knudsen sayısının, kenar oranının, ikinci dereceden kayma akışı modelinin ve ısıl sınır şartlarının nasıl etkidiği incelenmiştir.

In this thesis, first and second order slip flow models in rectangular microchannels heated at constant and uniform wall temperature is studied. Eight possible thermal versions that are formed of different combinations of the heated and adiabatic walls are studied in this thesis. The dimensionless velocity and temperature profile are obtained by solving the momentum and energy equations for hydrodynamically and thermally fully developed incompressible slip flow. Since the velocity profile for a rectangular channel is not known under the slip flow conditions, the momentum equation is first solved for velocity. The resulting velocity profile is then substituted into the energy equation and temperature distributions are found for eight thermal boundary conditions. The integral transform method is applied twice, once for momentum equation and once for energy equation. And also average Nusselt number is derived for all eight thermal versions with using both first and second order slip flow models. The effects of Knudsen number, aspect ratio, second order slip flow model and thermal boundary conditions on the heat transfer characteristics of microchannel are examined.