Isı Emici Giriş/Çıkış Bölümü Açısının Isı Transfer Performansına Etkisi

Koca F.

INTERNATIONAL CAPPADOCIA SCIENTIFIC RESEARCH CONGRESS, Nevşehir, Türkiye, 15 - 17 Aralık 2021, ss.203-2011

  • Yayın Türü: Bildiri / Tam Metin Bildiri
  • Basıldığı Şehir: Nevşehir
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sayfa Sayıları: ss.203-2011
  • Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

Elektronik cihazların boyutlarının küçülmesi ısı problemlerini beraberinde getirmiştir. Bu tür cihazların performansını iyileştirmek için kullanılan ısı emicilerin ısı transfer performansının geliştirilmesi gerekir. Isı emicilerin performansının ısı transferi yüzey alanı artırıcı kanatların şekil, boyut, sayı ve dizilim konfigürasyonları ile ısı emicide kullanılan soğutma sıvısının türü gibi faktörlerden etkilendiği bilinmektedir. Bu çalışmada, farklı giriş/çıkış açısal konfigürasyonları için bir mikro kanallı ısı emici aracılığıyla sabit, türbülanslı, sıkıştırılamaz akış özelliklerinde zorlanmış konveksiyon ısı transferi sayısal olarak incelenmiştir. Su akışına sahip dikdörtgen bir kanaldaki mikro pin kanat dizilerinin ısı transferi ve basınç düşüşü özellikleri, farklı Reynolds sayıları ile incelenmiştir. Çalışmanın amacı, aynı katı hacimli entegre bir mikro kanallı ısı emicinin giriş/çıkış geometrik konfigürasyonunu optimize etmektir. Geometrik optimizasyon, bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) programı olan Ansys-Fluent kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Giriş/çıkış kesiti ile ısı emici yan yüzeyi arasında 0,30,60 ve 90o açıya sahip 4 farklı model geometri, dört faklı Re sayısı (5000, 8000, 10000, 12000) için analiz edilmiştir. Analiz çıktısı olarak Re sayısı değişimiyle birlikte basınç düşüşü, ortalama Nu sayısı, ortalama sürtünme faktörü değerleri ve performans kriteri (PEC) değerleri verilmiştir. Ayrıca hız-sıcaklık konturları sunulmuştur. Sonuçlar, mikro kanatçıklar etrafında oluşturulan akışkan dinamiği etkilerinin, mikro kanal giriş/çıkış açılarından kaynaklanan sirkülasyondan daha fazla ısı transferini arttırmada daha baskın bir rol üstlendiğini göstermektedir. Elde edilen sonuçlara göre, bu çalışmada en iyi ısı transfer performansına sahip soğutucu, soğutucu ön yüzeyi ile giriş/çıkış merkez çizgisi arasında 60 derecelik açıya sahip model olmuştur. Basınç düşüşü bakımından en iyi değerler açısız modelde olmasına rağmen açılı modellere göre daha düşük ısı transferi olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Isı emici, mikro pim-kanatçık, elektronik soğutma, ısı transferi

Reducing the size of electronic devices has brought heat problems. To improve the performance of such devices, the heat transfer performance of the heat sinks used should be improved. It is known that the performance of heat sinks is affected by factors such as the shape, size, number and array configurations of the heat transfer surface area increasing fins and the type of coolant used in the heat sink. In this study, forced convection heat transfer at constant, turbulent, incompressible flow properties through a micro-channel heat sink for different inlet/outlet angular configurations was numerically investigated. The heat transfer and pressure drop properties of micro pin fin arrays in a rectangular channel with water flow were investigated with different Reynolds numbers. The aim of the study is to optimize the input/output geometric configuration of an integrated microchannel heat sink with the same solid volume. Geometric optimization was performed using Ansys-Fluent, a computational fluid dynamics (CFD) program. 4 different model geometries with 0,30,60 and 90o angles between the inlet/output section and the heat sink side surface were analyzed for four different Re numbers (5000, 8000, 10000, 12000). As the output of the analysis, with the change of Re number; pressure drop, average Nu number, average friction factor values and performance criterion (PEC) values are given. In addition, velocity-temperature contours are presented. The results show that the fluid dynamics effects created around the microfins play a more dominant role in increasing the heat transfer than circulation originating from the microchannel inlet/outlet angles. According to the results, the heatsink with the best heat transfer performance in this study was the model with an angle of 60 degrees between the heatsink front surface and the inlet/outlet centerline. Although the best values in terms of pressure drop are in the non-angle model, it has been concluded that there is lower heat transfer compared to the angled models.

Keywords: Heat sink, mikro pin-fin, electronic cooling, heat transfer