Fin optimization in a flow field induced by piezoelectric fan

Son yıllarda, geleneksel fanlara alternatif olarak piezoelektrik fanlar zorlanmış iletimsel ısı transferi uygulamaları için araştırılmıştır. Bu fanlar, temel olarak, bir piezoelektrik ve bir piezoelektrik olmayan parça içerir. Alternatif akım uygulandığında, piezoelektrik parça belirli bir alternatif akım frekansında belirli bir genlikte titreşir. Bu çalışmada, fin eniyileme problemi için bir piezoelektrik fan yardımıyla zorlanmış iletimsel ısı transferi araştırılmıştır. Ticari bir CFD çözümleyicisi olan Ansys Fluent 17.2 kullanılarak CFD yaklaşımı ile 3 boyutlu bir sayısal model uygulanmaktadır. Bu modelde, bilinen bir hareket fonksiyonuna sahip bir piezoelektrik fan, ilk olarak yatay fan düzenlemesi ile hava akışı oluşturmak üzere zaman etki alanında benzeşim yapılmıştır. Oluşan hava akışı piezoelektrik fanın belirli bir mesafesine yerleştirilen bir fin bloğuna yönlendirilmiştir. Bir tasarım parametresi olarak, fin bloğundaki finlerin sayısı arttırılmıştır. Fin kanalı, eşlenik silindirik finlerin yan yana eklenmesiyle oluşturulmuştur. Eşlenik finlerin sayısı 1'den 10'a çıkarılarak 10 farklı fin bloğu konfigürasyonu elde edilmiştir. Bu çalışmada, uygulanan iki sınır şartı bulunmaktadır. İlk sınır şartı olarak uygulanan toplam ısı miktarı sabit tutulmuştur. Her konfigürasyonda, sınır koşulu olarak fin blokun tabanına 0.8064 W ısı uygulanır. İkinci sınır şartında uygulanan ısı akısı sabit tutulmuştur. Her konfigürasyonda 50400 W/m2 ısı akışı sınır koşulu olarak fin bloğun tabanına uygulanır. Fin bloklarının ortalama yüzey sıcaklığı, doğal ve zorlanmış konveksiyon arasındaki ortalama yüzey sıcaklıkları farkı, ısı transfer artış oranı ve fin blokların ortalama taban sıcaklığı karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmanın nihai sonucu, her kriter için optimum fin sayısıdır. Isı transferi artış oranı değerlendirildiğinde toplam sabit ısı sınır koşulu için 2 finli konfigürasyon en iyi sonucu verirken; sabit ısı akısı sınır koşulunda 1 finli konfigürasyon en iyi sonucu vermektedir. Ayrıca dikey fan düzenlemesi kullanılmış ve dikey fan düzenlemesine ait sonuçlar belirtilen fin konfigürasyonu için yatay fan düzenlemesi ile karşılaştırılmıştır. Çalışılan fin geometrisi için, yatay fan yerleşiminin dikey fan yerleşimine göre tüm fin konfigürasyonları için daha iyi bir soğutma performansı sağladığı görülmüştür.