Akademik Veri Yönetim Sistemi
Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, cilt.26, sa.1, ss.88-98, 2020 (ESCI)
Çarpan jetler, günümüzde minyatürleşme ile ısı transfer alanının
azaldığı ve dolayısıyla son derece yüksek ısı akılarına sahip elektronik
bileşenlerin soğutulmasında büyük bir öneme sahiptir. Bu çalışmada ise
bilgisayarlarda da kullanılan ve ısı üretim miktarı oldukça fazla olan
mikroçiplerin soğutulmasının iyileştirilmesi incelenmiştir. Bu amaçla,
üç tarafı kapalı ve bir tarafı açık kesiti dikdörtgen olan kanallar
içerisindeki sur ve dikdörtgen şeklinde olmak üzere iki farklı desene
sahip 1000 W/m2 sabit ısı akılı bakır plakalı yüzeylerin tek bir hava jeti
akışı ile soğutulmasının sayısal araştırması yapılmıştır. Sayısal
araştırma, zamandan bağımsız ve üç boyutlu olarak enerji ve Navier
Stokes denklemlerinin k-ε türbülans modelli Ansys-Fluent bilgisayar
programının uygulanmasıyla gerçekleştirilmiştir. Kesiti dikdörtgen
olan kanalın üst ve alt yüzeyleri adyabatik iken sur ve dikdörtgen
desenli yüzeylere sabit ısı akısı uygulanmıştır. Kullanılan jet akışkanı
hava olup, kanala giriş sıcaklığı 300 K’dir. Çalışma için belirlenen Re
sayısı aralığı 4000-10000 iken jet-plaka arası uzaklık (H/Dh) için
değerlendirilen aralık ise 4-10’dur. Elde edilen sonuçlar, literatürde
bulunan çalışmanın sayısal ve deneysel sonuçlarıyla karşılaştırılmış
olup, birbirleriyle uyum içerisinde oldukları görülmüştür. Sonuçlar, sur
ve dikdörtgen şeklindeki her bir desenli yüzey için ortalama Nu sayısı ve
yüzey sıcaklığının değişimi olarak sunulmuştur. Farklı H/Dh oranları ve
Re sayıları için kanal boyunca jet akışın sıcaklık, hız ve akım çizgisi
konturu dağılımları sur ve dikdörtgen desenli yüzeyler için
değerlendirilmiştir. Ayrıca, çalışmada her iki desenli geometride tüm
yüzeyler için ortalama Nu sayısı, yüzey sıcaklığı ve jet akışın kanaldan
çıkış sıcaklık değerleri analiz edilmiştir. Re=4000 ve H/Dh=4 için sur
desenli yüzeylere göre dikdörtgen desenli yüzeylerde %31.45 daha
yüksek ortalama Nu sayısı değeri elde edilmiştir
Nowadays, impinging jets are of great importance in cooling of
electronic constituents which have decreasing heat transfer area with
miniaturization and hence have extremely high heat fluxes. In this study,
improvement of the cooling of microchips that are also used in
computers and have a quite high amount of heat generation has been
researched. For this aim, cooling of copper plate surfaces having 1000
W/m2 constant heat flux and two different patterns that are rampart
and rectangular shapes by using a single air jet flow in channels whose
cross-section is rectangle and having three sides closed and one side
open has been investigated. Numerical investigation has been
performed steady and 3D energy and Navier-Stokes equations by
implementing computer program of Ansys-Fluent with k-ε turbulance
model. While the upper and lower surfaces of the channel whose
cross-section is rectangle are adiabatic, constant heat flux has been
applied to the surfaces of rampart and rectangle. The used jet fluid is air
and the temperature of inlet air is 300 K. The range of Re for the study
is 4000-10000 when the evaluated interval between the jet-plate
(H/Dh) is 4-10. The acquired results have been matched with the
numerical and experimental conclusions of the study in the literature
and they have been found to be compatible with each other. The results
have been presented as the average Nu number and the surface
temperature variation for each patterned surface with the rampart and
rectangle shape. The temperature, velocity and streamline contour
distributions of the jet flow along the channel for different H/Dh ratios
and Re numbers have been evaluated for ramparts and rectangular
pattern surfaces. In the work, the values of the mean Nu number, surface
temperature and outlet jet flow temperature from the channel have
been also analyzed for all surfaces in both patterned geometries. A
higher average Nu number value of 31.45% has been obtained for
rectangle patterned surfaces according to rampart patterned surfaces
for Re=4000 and H/Dh=4.