توصيفگر ها :
مواد تغيير فاز دهنده(PCM) , خنك كاري , دماي كاري , برد الكترونيكي
چكيده فارسي :
در گذر زمان پس از ظهور و معرفي دستگاه هاي الكترونيكي قابل حمل در دنيا تقاضاي عمومي براي طراحي و ساخت دستگاه هاي جديدتر با ابعاد كوچكتر و عملكردي بهينه تر شكل گرفت كه در ادامه نگراني هاي جدي در مورد گرماي غير قابل اجتناب توليد شده در اين دستگاه ها به وجود آورد. گرمايي كه هم عملكرد دستگاه را تحت تاثير قرار مي دهد و هم به مرور زمان از قابليت اطمينان سيستم مي كاهد. روش هاي خنك كاري فعال مرسوم به دليل توليد صداي اضافي، كارايي ضعيف، ابعاد بزرگ و مصرف انرژي به مرور زمان توانايي هم گام شدن با تغييرات عملكردي و ابعادي دستگاه هاي الكترونيكي قابل حمل را نداشتند، به اين ترتيب متد هاي خنك كاري غير فعال در اين حوزه مطرح شده و مورد بررسي محققين قرار گرفتند. تكنولوژي خنك كاري غير فعال مسير جديدي براي كنترل و مديريت دما و حرارت توليدي در دستگاه هاي الكترونيكي با استفاده از مواد تغيير فاز دهنده و تقويت كننده هاي رسانايي گرمايي ايجاد كرده است و همچنان تحقيقات گسترده اي در اين خصوص در حال انجام است. مواد تغيير فاز دهنده به دليل گرماي نهان تغيير فاز بالا چگالي ذخيره گرماي قابل توجهي دارند و علاوه بر توانايي هاي حرارتي مناسب، خواصي از آنها همچون پايداري شيميايي و عدم قابليت اشتعال بر اطمينان استفاده از آنها افزوده و اقبال طراحان را به دنبال داشته است.
اين پژوهش به شبيه سازي عددي انتقال حرارت در خنك كاري يك برد الكترونيكي مي پردازد، اضافه كردن فين هاي استوانه اي به چاه گرمايي را بررسي و ضمن تغيير خواص PCM، تغيير نتايج را مطالعه مي كند. با استفاده از تقارن هاي موجود ربع هندسه طراحي گشته و مورد بررسي قرار گرفت. از كلسيم كلرايد هگزا هيدرات بعنوان ماده تغيير فاز دهنده در اين پروژه استفاده شد و براي يك كسر حجمي ثابت ماده بهبود دهنده انتقال حرارت (TCE)، مشاهده شد كه در ابتدا با اضافه كردن فين به تعداد كم به جهت كاهش حجم PCM در دسترس در محفظه، عملكرد چاه حرارتي تضعيف مي شود سپس با افزايش تعداد فين به 25 عدد در يك ربع هندسه و به تبع آن كاهش قطر فين براي ثابت ماندن كسر حجمي، دماي ماكزيمم برد كاهش خواهد يافت. افزايش تعداد فين ها به بالاي 25 عدد هزينه و زمان محاسبات را به شدت افزايش مي دهد در صورتي كه به نظر مي رسد در بهبود شرايط چندان موثر واقع نمي شود. با تغيير دو خاصيت PCM در محفظه بدون فين، رسانايي گرمايي و گرماي نهان، و ثابت در نظر گرفتن ساير خواص پايه ماده مشاهده شد كه ضريب هدايت حرارتي ماده در صورت كاهش 50درصدي هم حداكثر دماي بحراني را رعايت مي كند و تنها عيب آن وقوع گراديان دما هاي موضعي نسبتا بالا در چاه حرارتي است. همانطور كه انتظار مي رفت دماي ثابت گذار فاز ماده هم بالاتر از مقادير ذكرشده در جدول خواص مواد اتفاق خواهد افتاد چرا كه انتقال حرارت در محفظه به سهولت انجام نمي گيرد. در خصوص گرماي نهان مشاهده شد كه عددي كاملا متناسب با مساله است به نحوي كه حتي 5درصد كاهش مقدار آن يا حتي بيشتر، باعث افزايش دماي ماكزيمم شديد در برد الكترونيكي شده و قيود مساله را برآورده نمي كند. اما افزايش آن باعث مي گردد نيازي به ذوب همه PCM موجود در محفظه نبوده و دماي ثابت گذار فاز حداكثر دماي كاري قطعه الكترونيكي باشد.
چكيده انگليسي :
Over time, after the advent and introduction of portable electronic devices in the world, there was a general demand for designing and manufacturing newer devices with smaller dimensions and better performance, which led to serious concerns about the unavoidable heat generated in this device. Heat that both affects the performance of the device and reduces the reliability of the system over time. Conventional active cooling methods were not able to keep up with the functional and dimensional changes of portable electronic devices over time due to excessive noise generation, poor performance, large dimensions and energy consumption, thus passive cooling methods in this area has been proposed and studied by researchers. Passive cooling technology has created a new path for heat control and management of electronic devices using phase change materials and thermal conductivity enhancers, and extensive research is still underway. Due to the latent heat of phase change, high phase change materials have a significant heat storage density and in addition to good thermal capabilities, their properties such as chemical stability and non-flammability have increased their reliability and it has fascinated designers.
This study deals with the numerical simulation of heat transfer in the cooling of an electronic board with ANSYS Fluent, examines the addition of cylindrical fins to the latent heat storage unit, and studies the change in results while changing the PCM properties. A quarter of the real geometry was designed and investigated using existing symmetries. Calcium chloride hexahydrate was used as the phase change material in this project and for a constant volume fraction of the thermal conductivity enhancer(TCE), it was observed that initially by adding a small number of fins because of the reduce of the volume of PCM available in The enclosure, the performance of the heat sink is weakened, then by increasing the number of fins to 25 in a quarter of the real geometry and consequently reducing the diameter of the fin to keep the volume fraction constant, the maximum range temperature will decrease in the interface between heat sink and electronic board. Increasing the number of fins to more than 25 greatly increases the cost and time of calculations andby the results it does not seem to be very effective in improving the operation. By changing thermal conductivity and latent heat of fusion of the PCM in the enclosure without fin, and considering other basic properties of the material constant, it was observed that the thermal conductivity of the material observes the maximum critical temperature if it reduces by 50% and the only drawback is the occurrence of local temperature gradients in the enclsoure. As expected, the constant phase transition temperature of the material will also be higher than the values mentioned in the table of material properties because the heat transfer in the enclosure is not completely suitable. Regarding latent heat, it was observed that the amount of this property is perfectly proportional to the problem, so that even a 5% reduction in its value or even more, causes a sharp increase in the maximum temperature in the electronic board and does not meet the problem constraints. However, increasing it eliminates the need to melt all PCMs in the enclosure and the constant phase transition temperature is the maximum operating temperature of the electronic component which is really good.
