Effect of Graphene Oxide (GO)-Water Nanofluid on Cooling Different Patterned Copper Plates with Combined Jet Flow

Abstract

Minyatürleşen enerji sistemleri ve yüksek güçlü elektronik aletler soğutma kapasitesi yüksek olan sistemlerin kullanımını gerektirmektedir. Çarpan jet-çapraz akıştan oluşan birleşik jet etkisi mikroçip elektronik elemanlarının soğutma performansını artırıcı bir etkiye sahiptir. Bu çalışmada, kanallarda bulunan sabit 1000 W/m2 ısı akılı küp ve oyuklu desenlerin su ve %0,02 hacimsel nanoparçacık konsantrasyonlu GO (Grafen Oksit)-Su nanoakışkanı kullanılarak birleşik jet akışı ile soğutulması sayısal olarak analiz edilmiştir. Sayısal çalışma, sürekli ve üç boyutlu olarak k-ε türbülans modelli Ansys-Fluent programının kullanılmasıyla gerçekleştirilmiştir. Nanoakışkanın termofiziksel özellikleri deneysel olarak elde edilmiştir. Literatürdeki çalışmalar da göz önüne alınarak kanal boyutlarına uygun olacak şekilde kanallara üçer adet desenli yüzey yerleştirilmiştir. Kanallara ayrıca jet girişinden itibaren D jet giriş çapı ölçüsünde sabit bir uzaklıkta (N) 90o açılı kanatçık eklenmiştir. Kanal yükseklikleri 3D ve 6D iken akışkanların Re sayısı aralığı 5000-9000’ dir. Çalışmadan elde edilen sonuçların doğruluğu ve kabul edilebilirliği deneysel araştırmalar sonucu elde edilen eşitlik kullanılarak kanıtlanmıştır. Çalışmanın sonuçları, kanallardaki her bir desen için ortalama Nu sayısı ve yüzey sıcaklığının değişimleri olarak su ve nanoakışkan için kanatçıksız ve kanatçıklı durumlarda karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Ayrıca, birleşik jet nanoakışkan akışının hız ve sıcaklık konturu dağılımları jet-desen arası etkileşimler de göz önüne alınarak farklı kanal yükseklikleri için sunulmuştur. Bununla birlikte, kanallardaki her üç desenli yüzeyin tümü için farklı Reynolds sayılarında performans değerlendirme sayıları (PEC) ve ortalama Nu sayısı (Num) ve yüzey sıcaklık değerleri (Tm) Re = 9000 için değerlendirilmiştir. Re = 9000 ve H = 3D için GO-Su nanoakışkanlı kanatçıklı birleşik jet akışlı kanalda su akışkanlı ve kanatçıksız kanala göre küp ve oyuklu desen yüzeyleri için Num değerinde sırasıyla %45,04 ve %37,11’ lik artışlar elde edilmiştir. Bununla birlikte, Re = 5000 değerinde ve H = 3D yükseklikli kanallarda su akışkanı için PEC sayısı değerlerinin sırasıyla küp ve oyuklu desenli yüzeylerde nanoakışkana göre %1,69 ve %1,74 daha fazla oldukları tespit edilmiştir.