پديد آورنده :
مسعودي، حسين
عنوان :
شبيه سازي و مقايسه انتقال حرارت در دو نوع ميكرو خنك كننده حرارتي (صفحه‌اي پره‌دار و كانال‌هاي حلقوي)
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
پانزده، 118ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محمدرضا توكلي نژاد
استاد مشاور :
ايمان چيت ساز
توصيفگر ها :
ميكروكانال حلقوي , ميكرو خنك كننده صفحه اي پره‌دار , شبيه سازي عددي , جابجايي اجباري , تئوري ساختاري
استاد داور :
احمدرضا پيشه ور، احمد سوهانكار
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/08/25
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/08/29
چكيده فارسي :
در اين تحقيق هدف بررسي يك خنك كننده حرارتي صفحه‌اي پره‌دار در ابعاد كوچكي در حدود يك تراشه الكترونيكي و يك خنك كننده حرارتي داراي ميكروكانال‌هاي حلقوي و مقايسه آن‌ها با يكديگر است. از نرم افزار تجاري كامسول براي شبيه سازي عددي و سه بعدي يك ميكروكانال از اين دو خنك كننده استفاده مي‌شود. در اين پژوهش به بررسي تاثير پارامترهاي هندسي بر ضرايب انتقال حرارت جابجايي، كولبرن، و افت فشار پرداخته مي‌شود و مشاهده مي‌شود كه تغييرات ضرايب مذكور در برخي پارامترهاي هندسي در تضاد با يكديگر هستند. بنابراين براي تحليل بهتر عملكرد خنك كننده‌ها پارامتر جديدي به نام JF تعريف مي‌شود كه ضريب كولبرن و ضريب افت فشار را به يكديگر مرتبط مي‌سازد. در تحقيق حاضر فرض شده است كه يك شار حرارت ثابت از سطح زيرين خنك كننده وارد مي‌شود و دماي ورودي برابر با 300 كلوين و عدد رينولدز برابر با 100 است و سيالي كه در خنك كننده‌ها جريان دارد يك سيال غير نيوتني تشكيل شده از آب و 0.5 درصد وزني كربوكسي متيل سلولز است كه از مدل قاعده تواني پيروي مي‌كند. با توجه به اينكه هر يك از پارامترهاي هندسي تاثير زيادي بر عملكرد خنك كننده دارند از روش تئوري ساختاري با هدف رسيدن به بيشترين مقدار JF استفاده مي‌شود و يك هندسه مطلوب براي ميكرو خنك كننده صفحه‌اي پره‌دار به دست مي‌آيد كه در آن مقدار JF نسبت به هندسه اوليه 20 درصد افزايش مي‌يابد. در خنك كننده با ميكروكانال حلقوي تاثير پارامتر r* كه برابر با نسبت قطر داخلي به قطر خارجي است بر ضرايب مذكور مورد بررسي قرار مي‌گيرد و يك نقطه ماكزيمم براي JF به دست مي‌آيد كه همان نقطه بهينه براي ميكروكانال حلقوي است در اين حالت r* برابر با 0.35 است و مقدار JF نسبت به هندسه اوليه 27 درصد افزايش مي‌يابد. همچنين ضرايب مذكور به صورت موضعي محاسبه مي‌شوند و روابطي به صورت هموگرافيك براي اين ضرايب موضعي به دست مي‌آيد. ميكروكانال حلقوي از لحاظ مقدار JF و نحوه توزيع دما و دماي ميانگين سطح زيرين خنك كننده نسبت به خنك كننده صفحه‌اي پره‌دار عملكرد ضعيف‌تري دارد. استفاده از ميكرو خنك كننده صفحه‌اي پره‌دار در مقايسه با خنك كننده با ميكروكانال مستطيلي ساده باعث مي‌شود مقدار JF حدود 49.5 درصد افزايش يابد. استفاده از سيال غير نيوتني به جاي سيال آب در ميكرو خنك كننده صفحه‌اي پره‌دار باعث مي‌شود مقدار JF حدود 45 درصد افزايش يابد، در خنك كننده با ميكروكانال حلقوي نيز مقدار JF حدود 32 درصد افزايش مي‌يابد.
چكيده انگليسي :
In this study, the aim is to investigate the thermal fin plate heat-sink in small dimensions about an electronic chip and a thermal heat-sink with annulus microchannels and compare them with each other. Convection heat transfer, Colburn, and pressure drop coefficients is investigated and it is observed variations of the coefficients in some geometric parameters are in contrast with each other. So, for better analysis of the heat-sinks performance, a new parameter called JF is defined, which correlates the Colburn and the pressure drop coefficients. In the present study, it is assumed that a constant heat flux enters from the bottom surface of the heat-sink and the inlet temperature is 300 K and the Reynolds number is 100 and the fluid flowing in the heat-sinks is a non-Newtonian fluid composed of water and 0.5% by weight is carboxymethyl cellulose, which follows the power law model. The constructural theory method is used to achieve the maximum amount of JF and a desirable geometry is obtained for the fin plate heat-sink, in which the JF value is increased 20 % compared to the initial geometry. In the heat-sink with annulus microchannel, the effect of the parameter r*, which is equal to the ratio of the inner diameter to the outer diameter, on the mentioned coefficients is investigated and a maximum point is obtained for JF, which is the optimum point for the annulus microchannel. In this case, the r* is equal to 0.35 and the value of JF increases by 27% compared to the initial geometry. Also, the coefficients are obtained locally and homographic relations for them. The annular microchannel has a weaker performance in terms of JF value and the distribution and average of temperature of the bottom surface of the heat-sink than the fin plate heat-sink. The use of a fin plate micro heat-sink compared to a simple rectangular micro heat-sink is caused an increase of JF value about 49.5%. The use of non-Newtonian fluid instead of water fluid in the high-plate plate micro heat-sink increases the JF value by about 45%, and in the annulus microchannel heat-sink the JF value increases by about 32%.
استاد راهنما :
محمدرضا توكلي نژاد
استاد مشاور :
ايمان چيت ساز
استاد داور :
احمدرضا پيشه ور، احمد سوهانكار
