توصيفگر ها :
خنك‌كاري تجهيز الكترونيكي , ماده تغيير فاز دهنده , ميكروكانال , چاه حرارتي , انتقال حرارت , صفحه سرد
چكيده فارسي :
در اين پژوهش به شبيه‌سازي عددي اثر استفاده از ماده تغيير فاز دهنده (PCM) در داخل ميكروكانال‌هاي يك چاه حرارتي جهت خنك‌كاري يك تجهيز الكترونيكي، توسط نرم افزار فلوئنت پرداخته شده است. براين‌اساس يك چاه حرارتي با ابعاد ثابت (mm10 mm1 mm5)، با تعبيه ميكروكانال‌هايي با آرايش‌هاي مختلف جهت عبور سيال آب و قرارگرفتن ماده تغيير فاز دهنده از جنس پارافين مطرح مي‌باشد. دماي اوليه كل هندسه برابر با 300 كلوين در نظر گرفته شده است و دفع گرما براي 4 شار حرارتي 50، 75 ، 100 و 150 وات بر سانتي‌متر مربع بررسي گرديد. دفع گرما از سيستم تنها توسط جريان آب خروجي از ميكروكانال‌هاي چاه حرارتي مي‌باشد و مسئله به‌صورت سه بعدي و گذرا حل مي‌گردد. در شبيه‌سازي انجام‌شده 9 آرايش يا مدل مختلف جهت عبور سيال و قرار دادن ماده تغيير فاز دهنده در محفظه‌هاي ساده و محفظه‌هاي پره يا دندانه‌دار بررسي شد و شش پارامتر ميزان متوسط كسر مايع پارافين، دماي متوسط در صفحه پاييني چاه حرارتي، ميانگين دماي آب خروجي از چاه حرارتي، انحراف معيار دما در صفحه پاييني چاه حرارتي براي گزارش يكنواختي توزيع دما و در نهايت ميانگين كلي دماي نهايي چاه حرارتي به‌عنوان پارامترهاي خروجي مطرح و مقايسه گرديد. بديهي است در شار حرارتي يكسان، كمترين دماي متوسط صفحه زيرين چاه حرارتي (صفحه سوار بر روي تجهيز الكترونيكي) به معناي عملكرد بهينه حرارتي مي‌باشد، درحالي‌كه يكنواختي توزيع دما هم نقش بسزايي در انتخاب مدل بهينه دارد. در بررسي نتايج حاصل از اين پژوهش مي‌توان گفت كه تعبيه محفظه پارافين (PCM) تنها در بخش بالايي هندسه چاه حرارتي سودمند است و در غير اين صورت نتيجه عكس دارد. بنابراين با تعبيه ماده تغييرفاز دهنده در چاه حرارتي در مقايسه با نبود آن انتقال حرارت بهتري رقم خورد اما نتيجه مطلوب با اضافه كردن پره يا دندانه در محفظه چاه حرارتي جهت افزايش سطح تماس آن و در نهايت بهبود انتقال حرارت حاصل نگرديد.
چكيده انگليسي :
This research focuses on the numerical simulation of the use of Phase Change Material (PCM) in the microchannels of a heat sink for cooling electronic equipment, using Fluent software. A fixed-size heat sink (5mm 1mm 10mm) with various microchannels designed for water flow and embedded with paraffin PCM is considered. The initial temperature of the entire geometry is set at 300 K, and heat dissipation is studied for four heat fluxes: 50, 75, 100, and 150 W/cm2. Heat dissipation occurs solely through the water flow exiting the heat sink microchannels, and the problem is solved in three dimensions transiently. Nine different channel arrangements or models for fluid flow and PCM placement are simulated for simple and finned heat sink configurations. Six output parameters, namely the average liquid fraction of paraffin, the average temperature on the bottom surface of the heat sink, the average exit water temperature from heat sink, the temperature standard deviation on the bottom surface of the heat sink to report the temperature uniformly, and ultimately, the final overall average temperature of the heat sink are studied. It is evident that, for the same heat flux, the lowest temperature on the bottom surface (a surface mounted on electronic equipment) signifies optimal thermal performance. Meanwhile, the of temperature distribution uniformity also plays a significant role in selecting the optimal model. The results suggest that incorporating a paraffin PCM compartment is beneficial only in the upper part of the heat sink geometry; otherwise, it yields unfavorable outcomes. Therefore, while the incorporation of PCM improves heat transfer compared to its absence, adding fins to the heat sink enclosure does not result in the desired improvement in heat transfer.
