Metanol–su karışımlarının elektrosprey soğutma ile optimum çalışma koşullarının Taguchi Metoduyla belirlenmesi
Yükleniyor...
Dosyalar
Tarih
2025
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Bu çalışmada, düz plaka bir ısı alıcı üzerinde elektrosprey soğutma sisteminin ısıl performansı, Taguchi deney tasarımı kullanılarak optimize edilmiştir. Deneyler, 4 kW/m² sabit ısı akısı altında, 50×50×4 mm boyutlarında alüminyum ısı alıcı, 25G paslanmaz çelik nozul ve 30 mm sabit nozul–ısı alıcı mesafesi ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmada soğutucu akışkan olarak %100 metanol, %90 metanol–%10 su ve %80 metanol–%20 su karışımları; debi olarak 20, 30 ve 40 ml/h; gerilim olarak ise 7, 10 ve 13 kV seviyeleri kullanılmıştır. L9(3^3) ortogonal dizisine göre oluşturulan Taguchi planı kapsamında elde edilen ΔT değerleri üzerinden regresyon ve varyans analizleri yapılmıştır. Sonuçlar, toplam varyansın %95,03’ünün model tarafından açıklandığını ve en etkili parametrelerin sırasıyla debi (%53,45 katkı) ve akışkan türü (%33,21 katkı) olduğunu göstermiştir; gerilimin katkısı ise %8,38 ile daha sınırlı kalmıştır. Sinyal/gürültü oranı analizine göre optimum çalışma koşulları %80 metanol–%20 su karışımı, 40 ml/h debi ve 13 kV gerilim olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda elde edilen ΔT=12,54 °C ve h=318,98 W/m²K değerleri, elektrosprey soğutmanın yüksek ısıl performans sağladığını ortaya koymaktadır. Bulgular, debi ve akışkan bileşiminin elektrosprey soğutma tasarımında kritik rol oynadığını, gerilimin ise bu parametrelerle etkileşimli ikincil bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir.
In this study, the thermal performance of an electrospray cooling system on a flat plate heat sink was optimized using the Taguchi experimental design. The experiments were conducted under a constant heat flux of 4 kW/m² using an aluminium heat sink with dimensions of 50×50×4 mm, a 25G stainless steel nozzle, and a fixed nozzle– heat sink distance of 30 mm. As coolant, 100% methanol, 90% methanol–10% water, and 80% methanol–20% water mixtures were used; the flow rates were set to 20, 30, and 40 ml/h, and the applied voltages were 7, 10, and 13 kV. Based on the L9(3^3) orthogonal array Taguchi design, regression and analysis of variance analyses were performed using the ΔT values obtained from the experiments. The results showed that 95.03% of the total variance was explained by the model, and that the most influential parameters were the flow rate (53.45% contribution) and the type of fluid (33.21% contribution), whereas the contribution of voltage remained more limited at 8.38%. According to the signal-to-noise ratio analysis, the optimum operating conditions were determined as an 80% methanol–20% water mixture, a flow rate of 40 ml/h, and an applied voltage of 13 kV. Under these conditions, a temperature difference of ΔT=12.54 °C and a heat transfer coefficient of h=318.98 W/m²K were obtained, demonstrating the high thermal performance of electrospray cooling. The findings indicate that flow rate and fluid composition play a critical role in the design of electrospray cooling systems, while voltage has a secondary effect that is strongly coupled with these parameters.
In this study, the thermal performance of an electrospray cooling system on a flat plate heat sink was optimized using the Taguchi experimental design. The experiments were conducted under a constant heat flux of 4 kW/m² using an aluminium heat sink with dimensions of 50×50×4 mm, a 25G stainless steel nozzle, and a fixed nozzle– heat sink distance of 30 mm. As coolant, 100% methanol, 90% methanol–10% water, and 80% methanol–20% water mixtures were used; the flow rates were set to 20, 30, and 40 ml/h, and the applied voltages were 7, 10, and 13 kV. Based on the L9(3^3) orthogonal array Taguchi design, regression and analysis of variance analyses were performed using the ΔT values obtained from the experiments. The results showed that 95.03% of the total variance was explained by the model, and that the most influential parameters were the flow rate (53.45% contribution) and the type of fluid (33.21% contribution), whereas the contribution of voltage remained more limited at 8.38%. According to the signal-to-noise ratio analysis, the optimum operating conditions were determined as an 80% methanol–20% water mixture, a flow rate of 40 ml/h, and an applied voltage of 13 kV. Under these conditions, a temperature difference of ΔT=12.54 °C and a heat transfer coefficient of h=318.98 W/m²K were obtained, demonstrating the high thermal performance of electrospray cooling. The findings indicate that flow rate and fluid composition play a critical role in the design of electrospray cooling systems, while voltage has a secondary effect that is strongly coupled with these parameters.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Elektrosprey soğutma, Isı alıcı, Taguchi yöntemi, Metanol–su karışımı, Isı taşınım katsayısı, Electrospray cooling, Heat sink, Taguchi method, Methanol–water mixture, Heat transfer coefficient
Kaynak
Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi
WoS Q Değeri
Scopus Q Değeri
Cilt
6
Sayı
3
