Akademik Veri Yönetim Sistemi
ISTANBUL INTERNATIONAL MODERN SCIENTIFIC RESEARCH CONGRESS –II, İstanbul, Türkiye, 23 - 25 Aralık 2021, ss.246-259
Teknolojinin hızla gelişimiyle bilgisayarlar gibi birçok elektronik cihaz eğitimden sağlığa, bankacılıktan havacılığa günümüzde hemen hemen her alanda kullanılan modern yaşamın vazgeçilmez unsurları oldular. Bu tür cihazların kullanım performansının artırılmasının yanı sıra, daha küçük ebatlarda olması, daha az güç tüketimi ve daha gürültüsüz çalışması gibi kullanıcı isteklerine göre de geliştirilmeleri devam etmektedir. Elektronik cihazların uygun sıcaklıkta güvenilir çalışma koşullarına sahip olması için soğutulması çok önemlidir. Bu noktada pim kanatlı ısı emiciler (PFHS), ısı transferini iyileştirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Pim-kanatlı bir ısı emicide, ısı transferinin iyileştirilmesi, sıvı karışımının uyarılması ve termal sınır tabakasının kesintiye uğraması ve optimum ısı değişimi için genişletilmiş etkili yüzey alanıyla birlikte yönetilir. Bu çalışmada, elektronik cihazların soğutulması için kullanılan bir ısı emici analizi Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) programı ile sayısal olarak sunulmuştur. Daire kanatçıklı, kare kanatçıklı, üçgen kanatçıklı ve çokgen (altıgen) kanatçıklı 4 farklı ısı emicinin basınç düşüşü ve termal performans üzerindeki etkileri incelenmiştir. Dizilimi ve boyutları aynı olan kanatçıklar için kademeli düzenlemede bakır tüp malzeme kullanılmıştır. Soğutucu akışkan olarak benimsenen su, kanal giriş kesiti hidrolik çapı ile hesaplanan Re sayısına göre farklı hızlarda kanala gönderilmiştir. Reynolds sayısı 5000 <Re < 12000 aralığı için yapılan analizlerde ısı emici tabanına sabit ısı akısı (2 kw/m2) sınır koşulu uygulanmıştır. Standard k-ω türbülans model, zorlanmış taşınım ısı transferi çözümlemesinde türbülanslı sıvı akışını tanımlamak için benimsenmiştir. Akış özelliklerini detaylandırmak için hız vektörleri ile sıcaklık konturları verilmiş, basınç düşüşü, Nusselt sayısı, yüzey sürtünme faktörü ve bunlara bağlı performans kriteri (PEC) değerleri elde edilmiştir. Re sayısının artmasıyla bütün modellerde basınç düşüşü ve Nu sayısı artmış, yüzey sürtünme değerleri azalmıştır. En etkin ısı emici, daire kanatçıklı model olarak tespit edilmiştir.
Anahatar Kelimeler: ısı emici, mikro pim-kanatçık, elektronik soğutma, ısı transferi
Many electronic devices such as computers have become indispensable elements of modern life, used in almost every field from education to health, from banking to aviation with the rapid development of technology. In addition to increasing the usage performance of such devices, they continue to be developed according to user requests such as smaller size, less power consumption and more noiseless operation. It is very important to cool electronic devices in order to have reliable working conditions at the appropriate temperature. At this point, pin fin heat sinks (PFHS) are widely used to improve heat transfer. In a pin-fin heat sink, the improvement of heat transfer is managed together with the excitation of the fluid mixture and the interruption of the thermal boundary layer, and the enlarged effective surface area for optimum heat exchange. In this study, a heat sink analysis used for the cooling of electronic devices is presented numerically with the Computational Fluid Dynamics (CFD) program. The effects of 4 different heat sinks with circular fins, square fins, triangular fins and polygonal (hexagonal) fins on the pressure drop and thermal performance were investigated. Copper tube material was used in staggered arrangement for the fins with the same arrangement and dimensions. The water adopted as the coolant was sent to the channel at different velocities according to the Re number calculated with the hydraulic diameter of the channel inlet section. In the analyzes made for the Reynolds number 5000 <Re < 12000 range, a constant heat flux (2 kW/m2 ) boundary condition was applied to the base of the heat sink. The standard k-ω turbulence model is adopted to describe turbulent fluid flow in forced convection heat transfer analysis. Velocity vectors and temperature contours were given to detail the flow properties, pressure drop, Nusselt number, surface friction factor and performance criterion (PEC) values related to them were obtained. As the Re number increased, the pressure drop and Nu number increased, and the surface friction values decreased in all models. The most effective heat sink has been determined as the circular fin model.
Keywords: heat sink, micro pin-fin, electronics cooling, heat transfer