Ayla DOĞAN, Mecit SİVRİOĞLU, Şenol BAŞKAYA

DİKDÖRTGEN KESİTLİ BİR KANALDA AYRIK ISI KAYNAKLARINDAN KARIŞIK KONVEKSİYONLA ISI TRANSFERİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Bu çalışmada en/yükseklik oranı (W/H) 8 olan, alt ve üst yüzeylerine ayrık ısı kaynakları yerleştirilmiş, dikdörtgen kesitli yatay bir kanalda laminer karışık konveksiyon şartlarında ısı transferi deneysel olarak incelenmiştir. Her bir ayrık ısı kaynağı elektronik sistemlerde bulunan yongaları temsil etmektedir. Alt ve üst yüzeyinde üniform ısı akısına maruz bırakılmış ayrık ısı kaynakları bulunan kanalın, alt, üst ve yan yüzeyleri dıştan yalıtılmıştır. Değişik Reynolds ve Grashof sayılarında deneyler yapılmıştır. Kanal alt ve üst yüzey sıcaklık dağılımının zamanla değişimi gözlenerek, akışın sürekli hale geldiği zaman belirlenmiştir. Kanalın alt kısmında bulunan ısı kaynakları için, ilk ısıtıcı sıralarında akış zorlanmış konveksiyon özelliği göstermiş, son sıralaradoğru ise kaldırma kuvveti etkili ikincil akışın etkisiyle Nusselt sayılarında artış gözlenmiştir. Grashof sayısının artmasıyla, kaldırma kuvveti etkili ikincil akış daha etkili hale gelmiştir. Üst kısım ısıtıcılarının, yüksek Grashof sayılarında alt kısımdan yükselen hava hareketinden etkilendiği görülse de, daha çok zorlanmış konveksiyon etkisinde kaldığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler:

Ayrık ısı kaynakları, kanal akışı, karışık konveksiyon.

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF MIXED CONVECTION HEAT TRANSFER FROM DISCRETE HEAT SOURCES IN A RECTANGULAR CHANNEL

Experiments have been performed to investigate laminar mixed convection heat transfer in a horizontal rectangular channel, with discrete heat sources at the upper and lower surfaces, and having an aspect ratio of W/H (width/length)=8. Each of flush mounted heat sources represents a chip in electronic devices. Side, bottom and top walls of the channel were insulated and the discrete heat sources were subjected to an uniform heat flux. Experiments were performed at different Reynolds and Grashof numbers. The steady-state flow conditions weredetermined to exist by observing the variation of temperature distribution at the top and bottom walls of the channel. For the bottom heat sources, the fluid flow over the first rows of heaters shows a forced-convection thermal entry region characteristic. For the last rows, however, the buoyancy-driven secondary flow causes an increase in the Nusselt number. The buoyancy-driven secondary flow becomes more effective with the increase in Grashof number. Although the top heat sources are seen to be affected from the air flow rising from bottom regions, they are more affected by the forced-convection fluid flow.

Keywords:

Discrete heat sources, channel flow, mixed convection,

PDF

___

Peterson G. P., Alfanso O, “Thermal Control of
Electronic Equipment and Devices”, Advences
in Heat Transfer, Cilt:20, 181-314, 1990.
Incropera, F. P., Kerby, J. S., Moffat, D. F., and
Ramadhyani, S., “Convection Heat Transfer
from Discrete Heat Sources In a Rectangular
Channel”, Int. J. Heat Mass Transfer, Cilt 29,
-1058, 1986.
Kennedy, K. J., and Zebib, A., “Combined Free
and Forced Convection Between Horizontal
Parallel Planes: Some Case Studies”, Int. J.
Heat Mass Transfer, Cilt 26, 471-474, 1983.
Papanicolaou, E., Jaluria, Y., “Mixed Convection
from Simulated Electronic Components at
Varying Relative Positions In a Cavity”, J. Heat
Transfer, Cilt 116, 960-1001, 1994.
Haung, C. C., Lin, T. F., “Buoyancy Induced
Flow Transition in Mixed Convective Flow of
Air Through a Bottom Heated Horizontal
Rectangular Duct” Int. J. Heat Mass Transfer,
Cilt 37,1235-1255, 1994.
Choi, C. Y., and Ortega, A., “Mixed Convection
in an Inclined Channel with a Discrete Heat Source”, Int. J. Heat Mass Transfer, Cilt 36,
-3134, 1993.
Dehghan, A. A., Behnia, M., “Numerical
Investigation of Natural Convection in a Vertical
Slot with Two Heat Source Elements”, Int. J.
Heat Mass Transfer, Cilt 17, 474-482, 1996.
Fushinobu, K., Hıjıkata, K., Kurosaki, Y., “Heat
Transfer Regime Map for Electronic Devices
Cooling”, Int. J. Heat Mass Transfer, Cilt 39,
-3145, 1996.
McEntire, A. B., and Webb, B. W., “Local
Forced Convective Heat Transfer from
Protruding and Flush Mounted Two Dimensional
Discrete Heat Sources”, Int. J. Heat Mass
Transfer, Cilt 33, 1521-1533, 1990.
Kim, S. H., Anand, N. K., “Laminar Developing
Flow and Heat Transfer Between Series of
Parallel Plates With Surfaces-Mounted Discrete
Heat Sources” J. Heat Transfer, Cilt 37, 2231-
, 1994.
Leung, C. W., Kang, H. J., “Convective Heat
Transfer from Simulated Air-Cooled Printed-
Circuit Board Assembly on Horizontal or
Vertical Orientation”, Int. Comm. Heat Mass
Transfer, Cilt 25, 67-80, 1998.
Mahaney, H. V., Incropera, F. P., and
Ramadhyani, S., “Comparison of Predicted and
Measured Mixed Convection Heat Transfer from
an Array of Discrete Heat Sources In Horizontal
Rectangular Channel”, J. Heat Transfer, 33:
-1245, 1990.
Holman, J. P., “Analysis of Experimental Data”,
Experimental Methods For Engineers 6th ed.,
McGraw-Hill, Inc, New York, 49-56, 1994.