Development of a CFD assisted 3-D modeling and analysis methodology for grooved heat pipe design and performance assessment

Faz değişimi yoluyla ısı transferi fikrinin 19. yüzyılın ortalarına kadar uzun bir geçmişi olmasına rağmen, günümüzde hâlâ, karmaşık yapısı sebebiyle global düzeyde bilim insanlarının ilgisini çekmektedir. Faz değişimi ısı transferinden faydalanan ısı boruları, sağladığı avantajlar nedeniyle elektronik bileşenlerin termal yönetimi amacıyla çok sayıda endüstriyel uygulamada etkili bir şekilde kullanılmaktadır. Bununla birlikte ısı borularının çok boyutlu olarak modellenmesi zorlu bir süreç olup buharlaşma, yoğuşma ve serbest yüzey akışı fenomenlerini içeren fiziksel tabanlı bir matematiksel model gerektirmektedir. Literatürde oluklu ısı boruları hakkında çeşitli çalışmalar bulunmasına rağmen, bu çalışmalar genellikle, karmaşık matematiksel model gerekliliği, üretimden gelen sınırlamalar ve literatürde çeşitli geometriler için sürtünme katsayısı korelasyonlarının olmaması nedeniyle karmaşık oluk şekillerine değinmemektedir. Günümüzde, simülasyon teknolojisindeki gelişmeler sayesinde, sanal ortamda daha fazla mühendislik problemi gerçekçi olarak modellenebilmektedir. Fakat, kanal içinde serbest yüzey akışı ve faz değişimi gibi karmaşık fiziksel fenomenler söz konusu olduğunda, bu problemleri ele almak amacıyla ticari yazılımlar geliştirilmemiştir. Oluklu ısı borularının içindeki akış ve ısı transferi fenomenlerini tek adımda simüle edebilen ticari veya akademik bir CFD programı bulunmamaktadır. Bu amaçla, oluklu ısı boruları içindeki sıvı akışını ve ısı transferini hesaplayan bir metodoloji, Python® programlama dili ile birlikte ticari bir CFD programı (Fluent®) kullanılarak geliştirilmiştir. Geliştirilen metodoloji ile çeşitli oluk şekillerinin ısı borusu performansı üzerindeki etkisi belirlenmiştir. Sonuçlar, oluk şekline dayalı, ısı transfer kapasitesinin arttırılarak, model içindeki sıcaklığın mümkün olduğunca düşük seviyede tutulduğu, yüksek performanslı ısı boruları tasarlamanın mümkün olduğunu göstermektedir.