Show simple item record

dc.contributor.advisorEkici, Özgür
dc.contributor.authorUç, Erol
dc.date.accessioned2018-04-30T07:46:08Z
dc.date.available2018-04-30T07:46:08Z
dc.date.issued2018
dc.date.submitted2018-03-30
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11655/4463
dc.description.abstractIn recent years, piezoelectric fans have been investigated for forced convection heat transfer applications as an alternative to conventional fans. Basically, it consists of a piezoelectric and a non-piezoelectric patch. When AC current is applied, piezoelectric part vibrates with a certain amplitude at that specific AC frequency. In this study, forced convection heat transfer driven by a piezoelectric fan is investigated for fin optimization problem. A 3-dimensional numerical model is implemented with CFD approach employing a commercial CFD solver: Ansys Fluent 17.2. In this model, a piezoelectric fan with a known movement function is simulated in time domain to generate air flow first with a horizontal fan arrangement. The generated air flow is directed to a fin block which is placed at a certain distance from the piezoelectric fan. As a design parameter, the number of fins in fin block is increased. The fin block is formed by attaching conjugated cylindrical fins side by side. The number of conjugated fins is increased from 1 to 10, resulting in 10 different fin block configurations. In this study, there are two boundary conditions applied. Firstly, the total amount of applied heat remains the same. In each configuration 0.8064 W heat is applied to the base of fin block as a boundary condition. Secondly, the applied heat flux remains the same. In each configuration 50400 W/m2 heat flux is applied to the base of fin block as a boundary condition. The average surface temperature of fin blocks, the average surface temperature difference between natural and forced convection, heat transfer augmentation ratio and average base temperature of fin blocks are compared. This comparison results in the optimum number of fins for each criterion. When the heat transfer augmentation ratio is evaluated, the 2-fin-block configuration for the constant total heat boundary condition and the 1-fin-block configuration for the constant heat flux boundary condition gives the best results, respectively. Additionally, a vertical fan arrangement is employed and the results are compared to a horizontal fan arrangement for a specified fin configuration. For the studied fin geometry the horizontal fan arrangement is found to provide better cooling performance in all fin configurations compared to the vertical fan arrangement.tr_TR
dc.description.tableofcontentsABSTRACT i ÖZET iii ACKNOWLEDGEMENTS v TABLE OF CONTENTS vi LIST OF FIGURES viii LIST OF TABLES xiii LIST OF ABBREVIATIONS xiv NOMENCLATURE xv CHAPTER 1 1 INTRODUCTION AND LITERATURE REVIEW 1 1.1 Introduction 1 1.2 Principles of a Piezoelectric Fan 1 1.3 Literature Review 4 1.4 Aim and Scope of the Thesis 7 CHAPTER 2 9 THEORY AND MODELING 9 2.1 Motion of the Piezoelectric Fan 9 2.2 Model and Domain of the Study 11 CHAPTER 3 19 VALIDATION OF THE MODEL AND MODEL PARAMETERS 19 3.1 Model of the Validation Study 19 3.2 Study of Validation 23 3.3 Results of Validation 25 CHAPTER 4 27 RESULTS AND DISCUSSION 27 4.1 Flow Field Analysis 29 4.2 Results for Constant Total Heat Boundary Condition with Horizontal Fan Arrangement 40 4.3 Results for Constant Heat Flux Boundary Condition with Horizontal Fan Arrangement 46 4.4 Results for Constant Total Heat Boundary Condition with Vertical Fan Arrangement 52 4.5 Results for Constant Heat Flux Boundary Condition with Vertical Fan Arrangement 58 CHAPTER 5 64 CONCLUSIONS AND FUTURE WORK 64 REFERENCES 67 APPENDIX A 70 Constant Total Heat - Temperature Distribution in Transient Solution - Horizontal Fan Arrangement 70 APPENDIX B 80 Constant Heat Flux - Temperature Distribution in Transient Solution – Horizontal Fan Arrangement 80 APPENDIX C 90 Constant Total Heat - Temperature Distribution in Transient Solution – Vertical Fan Arrangement 90 APPENDIX D 93 Constant Heat Flux - Temperature Distribution in Transient Solution – Vertical Fan Arrangement 93 APPENDIX E 96 UDF of Thesis Study 96 APPENDIX F 98 UDF of Validation Study 98tr_TR
dc.language.isoengtr_TR
dc.publisherFen Bilimleri Enstitüsütr_TR
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesstr_TR
dc.subjectPiezoelectric Material
dc.subjectPiezoelectric Fan
dc.subjectFin Optimization
dc.titleFin Optimization In A Flow Field Induced By Piezoelectric Fantr_TR
dc.title.alternativePiezoelektrik Fan Kullanılarak Oluşturulan Bir Akış Alanında Fin Optimizasyonutr_TR
dc.typemasterThesistr_TR
dc.description.ozetSon 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.tr_TR
dc.contributor.departmentMakine Mühendisliğitr_TR


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record