Serpantin kanallı soğutma plakalarının termohidrolik analizi ve optimizasyonu

Yüksek yoğunluklu enerji sistemleri, elektronik devreler ve batarya paketleri gibi cihazların istenilen sıcaklık aralıklarında çalışmaları ısıl yönetim sistemleri ile sağlanmaktadır. Bu sistemlerin en kritik elemanlarından birisi de soğutma plakalarıdır. Bu çalışmada, belirli çalışma şartları altında soğutulan sıvı soğutma plakasının ısıl ve hidrolik performans davranışları deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel analizde, sıvı soğutma yöntemi ile serpantin kanallı soğutma plakasının soğutulma işlemi 10 °C, 15 °C, 20 °C su giriş sıcaklıkları, 0,1 L/dk, 0,5 L/dk, 0,9 L/dk hacimsel debi ve 75 W, 100 W ve 125 W ısıl güç çalışma şartları altında gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma şartları altında soğutma plakasının, plaka yüzey sıcaklık dağılımları, soğutma sıvısı sıcaklık değişimleri ve oluşan basınç kayıpları ölçülerek göstermiş olduğu soğutma performansı analiz edilmiştir. Sayısal analiz yönteminde ise hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanılarak sistemin sayısal modeli oluşturulup elde edilen deneysel verilerle doğrulama çalışması yapılmıştır. Daha sonra soğutma plakasının performansına; hacimsel debi (V ̇), soğutma sıvısı giriş sıcaklığı (T_g), kanal giriş çapı (D_i), akışkan türü, kanal genişleme oranı (θ) ve plaka malzemesinin etkileri incelenmiştir. Sonuç olarak, 0,9 L/dk su hacimsel debisi, 10 °C soğutma sıvısı giriş sıcaklığı, 100/0 su/etilen-glikol karışım oranı, 4,5 mm kanal giriş çapı, 4,5 mm kanal genişleme oranı ve bakır malzeme türü şartlarında soğutma plakası yüzeyinde gelişen ortalama ve maksimum sıcaklığın en düşük değerleri hesaplanmıştır. Ek olarak soğutma plakasının çok amaçlı optimizasyonu yapılmıştır. V ̇, T_g, D_i ve θ bağımsız parametreleri ile yapılan optimizasyon sonucunda optimum performans değerleri sırasıyla, 0,5 L/dk, 11,16 °C, 4,47 mm ve 1,49 mm olarak hesaplanmıştır. Anahtar Kelimeler: Soğutma plakası, ısıl yönetim sistemleri, sıvı soğutma yöntemi, hesaplamalı akışkanlar dinamiği, optimizasyon