COMPUTATIONAL INVESTIGATION OF CONJUGATE HEAT TRANSFER IN FLOW OVER FLUSH-MOUNTED DISCRETE HEAT SOURCES

Abstract

In this study, forced convection heat transfer in flow over printed circuit board which is simulated as flush-mounted discrete heat sources is investigated computationally. The ratios of substrate-to-air conductivity are 1.37, 24.9, and 6320. In addition to conjugate effect and variable property effect, free-stream turbulence intensity (1.2, 6.9, and 13 %) effects on heat transfer are also investigated. Reynolds number is based on channel hydraulic diameter and analyses are performed at Re=4800 for comparison purpose. Conservation equations for steady, two-dimensional, and turbulent flow are solved by using ANSYS-FLOTRAN Galerkin finite element code. Standart k - ε turbulence model are used. The effects of conjugate heat transfer, property variation, and free stream turbulence intensity on the forced convection are discussed qualitatively by comparing experimental results in literature.

Keywords

• Computational Fluid Dynamics, Turbulent flow, Flush-mounted discrete heat sources, Conjugate heat transfer, Property variation, Turbulence intensity

YÜZEYLE AYNI HİZADA MONTE EDİLMİŞ AYRIK ISI KAYNAKLARI ÜZERİNDEN OLAN AKIŞTA EŞLENİK ISI TRANSFERİNİN HESAPLAMALI OLARAK ARAŞTIRILMASI

Abstract

Yüzeyle üzerinden zorlanmış taşınımla olan ısı transferi hesaplamalı olarak araştırılmıştır. Devre kartı ısı iletim katsayısının akışkan ısı iletim katsayısına oranları 1.37, 24.9 ve 164 dür. İletimle olan ısı transferinin ve özellik değişiminin yanısıra kanal girişindeki türbülans şiddetinin de (Yüzde 1.2, 6.9 ve 13) ısı transferi karakteristikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Reynolds sayısı dikdörtgen kanal hidrolik çapına göre belirlenmiştir ve analizler karşılaştırma maksadıyla Re=4800 için yapılmıştır. Hava akışı daimi, iki-boyutlu ve türbülanslı akış olarak kabul edilmiş olup korunum denklemleri ANSYS-FLOTRAN kodu kullanılarak Galerkin sonlu elemanlar metoduyla çözülmüştür. Türbülans modeli olarak standart k-ε modeli kullanılmıştır. Sonuçlar literatürdeki deneysel sonuçlarla karşılaştırılarak ısı iletiminin, özellik değişiminin ve türbülans şiddetinin zorlanmış taşınım üzerine olan etkileri kalitatif olarak değerlendirilmiştir

Keywords

• Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, Türbülanslı akış, Yüzeyle aynı hizada monte edilmiş ayrık ısı kaynakları, Eşlenik ısı transferi, Özellik değişimi, Türbülans şiddeti

References

1. Anonim, a. (1994): "ANSYS FLOTRAN User's Guide". Revision 5.1, Updφ DN-5261:51, Swanson Analysis Systems, Inc., (September 30).
2. Anonim, b. (1994): "ANSYS Advanced FLOTRAN". Upd2 DN-5261: 50, Swanson Analysis Systems, Inc., (April 29).
3. Anonim, (1992): "Compuflo, FLOTRAN Theoretical Manual". Compuflo, Inc..
4. Chang, B. H.; Mills, A. F. (1993): Turbulent Flow in a Channel with Transverse Rib Heat Transfer Augmentation, "Int. J. Heat Mass Transfer", V.36, N.6, p.1459-1469.
5. Hannemann, R. (1989): Thermal Control for Mini- and Microcomputer: The Limits of Air Cooling, "Bulletin of the Int. Centre for Heat and Mass Transfer", V.3, p.65-83.
6. Harms, T. M.; Jog, M. A.; Manglik, R. M. (1998): Effects of Temperature-Dependent Viscosity Variations and Boundary Conditions on Fully Developed Laminar Forced Convection in a Semicircular Duct, "ASME J. Heat transfer", V.120, (August 1998), p.600-605.
7. Ho, C. J.; Chang, J. Y. (1994): A Study of Natural Convection Heat Transfer in a Vertical Rectangular Enclosure with Two-Dimensional Discrete Heating. Effect of Aspect Ratio, "Int. J. Heat Mass Transfer", V.37, N.6, p.917-925.
8. Hwang, J.-J. (1998): Conjugate Heat Transfer for Developing Flow over Multiple Discrete Thermal Sources Flush Mounted on the Wall, Technical Note, "ASME J. Heat Transfer", V.120, (May 1998), p.510-514.

9. Incropera, F. P. (1988): Convection Heat Transfer in Electronic Equipment Cooling, "ASME J. Heat Transfer," V.110, (Nov. 1988), p.1097-1111.
10. Joshi, Y.; Haukenes, L. O.; Sathe, S. B. (1993): Natural Convection Liquid Immersion Cooling of a Heat Source Flush Mounted on a Conducting Substrate in a Square Enclosure, "Int. J. Heat Mass Transfer", V.36, N.2, p.249-263.
11. Kays, W. M.; Crawford, M. E. , (1993): "Convective Heat and Mass Transfer", Third Ed., p.355-369, McGraw-Hill Inc., Singapore.
12. Launder, B. E.; Spalding, D. B. (1972): "Lectures in Mathematical Models of Turbulence", Academic Press, London.
13. Mayle, R. E.; Dullenkopf, K.; Schulz, A. (1998): The Turbulence That Matters, "ASME J. Turbomachinery", V.120, (July 1998), p. 402-409.
14. Olson, R. M.; Wright, S. J. (1990): "Essentials of Engineering Fluid Mechanics", Fifth Ed., p.370, Harper and Row Publishers, New York.
15. Ramadhyani, S.; Moffatt, D. F.; Incropera, F. P. (1985): Conjugate Heat Transfer from Small Isothermal Heat Sources Embedded in a Large Substrate, "Int. J. Heat Mass Transfer", V. 28, N.10, p.1945-1950.
16. Volino, R. J. (1998): A New Model for Free-Stream Turbulence Effects on Boundary Layers, "ASME J. Turbomachinery", V.120, (July 1998), p. 613-620.