Elektronik Soğutmada Yatay/Düşey Kanatçık Tepe Açıklığının Mikrokanal Isı Kuyusu Performansına Etkileri

Abstract

Bu çalışmada, yatay ve düşey kanatçık tepe açıklığının mikrokanal ısı kuyusu performansına etkileri incelenmiştir. Üç farklı geometride (dikdörtgen, üçgen ve yamuk) mikrokanal kanatçığı üç-boyutlu olarak, farklı düşey tepe açıklıklarında tasarlanmıştır. Mikrokanal ısı kuyusu performansını simüle etmek için, sonlu hacim metodu kullanılmıştır. Çözüm, Gambit 2.3.26/FLUENT 6.3.26 yazılımı kullanılarak elde edilmiştir. Küçük düşey kanatçık (Vg/Wc<0.8) tepe açıklıklarında, dikdörtgen kanatçıklı ısı kuyusu ısıl direncinde küçük azalma olmakta ve Vg/Wc=0.8’da minimum ısıl direnç oluşmaktadır. Buna karşılık, kanatçıklar yamuk olduğunda, küçük kanatçık tepe açıklıklarında (Vg/Wc≤0.4) ısıl direnç sabit kalmaktadır. Ancak, açıklık Vg/Wc>0.4 olduğunda, ısıl direnç önemli ölçüde artmaktadır. Üçgen kanatçıklı ısı kuyusu ısıl direnci, bütün düşey kanatçık tepe açıklığı aralıklarında sürekli artmaktadır. Düşey kanatçık tepe açıklığının küçük olması, ısı kuyusunun performansında herhangi bir düşmeye sebep olmamaktadır, aksine özellikle dikdörtgen kanatçıklı ısı kuyularında performans artışı sağlamaktadır. Her bir düşey kanatçığın iki yüzeyine yatay kanatçıklar yerleştirilerek, dikdörtgen kanatçıklı ısı kuyusu performansına yatay kanatçık tepe açıklığının etkisi analiz edilmiştir. Optimum yatay kanatçık tepe açıklığında (Hg/Wc=0.1), ısı kuyusu ısıl direncinin önemli ölçüde düştüğü görülmüştür. Bu nedenle, düşey kanatçık tepe açıklığı durumunda, dikdörtgen kanatçıklı ısı kuyusunun tamamen gizlenmesine gerek yoktur. Yatay kanatçık tepe açıklığının küçük olması, ısı kuyusunun performansının artmasında önemli rol oynadığı için, yatay kanatçık tepe açıklığı küçük (Hg/Wc=0.4), ısı kuyusu tasarımı tercih edilmelidir

Keywords

• Mikrokanal ısı kuyusu, Kanatçık ucu açıklığı, Isı transferi, Elektronik soğutma

EFFECTS OF HORIZONTAL / VERTICAL FIN TIP GAPS ON MICROCHANNEL HEAT SINKS PERFORMANCE IN ELECTRONIC COOLING

Abstract

This study focuses on the effect of vertical and horizontal fin tip gaps on microchannel heat sink performance. Three different fin configurations (rectangular, triangular, and trapezoidal) of the microchannel heat sink have been designed in three-dimensional models with different vertical fin tip gaps. The finite volume method has been applied to solve the governing equations in order to simulate microchannel heat sink performance. The solution is executed using Gambit 2.3.26/FLUENT 6.3.26 software. In the small vertical fin tip gap of Vg/Wc<0.8, the rectangular fin heat sink shows a small decrease in thermal resistance and thus achieves the minimum thermal resistance at Vg/Wc=0.8. However, the trapezoidal fin shows a constant thermal resistance in the smaller fin tip gap of Vg/Wc≤0.4, which then increases substantially at Vg/Wc>0.4. Comparatively, the triangular fin heat sink shows continuous increments in thermal resistance in all ranges of the vertical fin tip gap. The existence of the small vertical fin tip gap does not deteriorate heat sink thermal performance; instead, it results in performance improvement, especially in the case of the rectangular fin heat sink. The rectangular fin heat sink is analyzed further with regard to the effect of the horizontal fin tip gap with the introduction of horizontal fins on both sides of each vertical fin. The heat sink thermal resistance is significantly reduced with the existence of the optimum horizontal (Hg/Wc=0.1) fin tip gap. Therefore, the rectangular fin heat sink does not need to be fully shrouded in the case of the vertical fin tip gap. The horizontal fins with a small fin tip gap (Hg/Wc=0.4) should be considered in heat sink design because they play an important role in the improvement of heat sink thermal performance

Keywords

• Microchannel heat sink, Fin tip gap, Heat transfer, Electronic cooling