Türbülanslı akışta yüzeyle aynı hizada monte edilmiş elektronik yongalardan olan ısı transferi üzerine geri basamak etkisinin hesaplamalı olarak araştırılması

Öz

Bu çalışmada, geri basamak arkasına yerleştirilmiş ve yüzeyle aynı hizada monte edilmiş üç adet elektronik yongadan olan ısı transferi hesaplamalı olarak araştırılmıştır. Yongaların geri basamaktan olan iki farklı uzaklığı ve iki farklı basamak yüksekliği için ısı transferi, hem kendi aralarında hem de geri basamaksız durumla karşılaştırılmıştır. Bu amaçla iki boyutlu, sıkıştırılamaz ve türbülanslı durum göz önüne alınarak korunum ve Std. k-ω türbülans model denklemleri ANSYS-Fluent yazılımı kullanılarak çözülmüştür. Gözönüne alınan beş farklı durum için hız, sıcaklık ve basınç dağılımları elde edilerek karşılaştırılmıştır. Geri basamak, baz duruma yani geri basamaksız duruma göre ısı transferini düşürmekte olup, yüksek basamak yükseklği ve geri basamağa yakınlık ısı transferi üzerine olan olumsuz etkiyi daha da arttırmaktadır. Elektronik yongalar devre üzerine monte edilirken diğer devre elemanlarının muhtemel geri basamak etkisi elektronik devre kartlarının ısıl tasarımında dikkate alınmalıdır.

Anahtar Kelimeler

• • Flush mounted chips
• • Backward Facing Step effect
• CFD
• Turbulent flow

Kaynakça

1. 1. Voller V.R. ve Porte-Agel F., Moore’s Law and Numerical Modeling,, J. Computational Physics, 179 (-), 698-703, 2002.
2. 2. Karabulut K. ve Alnak D.E., Değişik Şekilde Tasarlanan Isıtılmış Yüzeylerin Hava Jeti Çarpmalı Soğutulmasının Araştırılması, Pamukkale Üniv. Müh. Bilimleri Dergisi, 26(1), 88-98, 2020.
3. 3. Bhowmik H. ve Tou K.W., Experimental Study of Transient Natural Convection Heat Transfer from Simulated Electronic Chips , Experimental Thermal and Fluid Science, 29 (-), 485–492, 2005.
4. 4. Alami Nia A. ve Campo A., Experimental Study on EHD Heat Transfer Enhancement from Flush-Mounted Ribbons with Different Arrangements of Wire Electrodes in a Channel, Heat and Mass Transfer, 52 (-), 2823-2831, 2016.
5. 5. Pulat E., Yüzeyle Aynı Hizada Monte Edilmiş Ayrık Isı Kaynakları Üzerinden Olan Akışta Eşlenik Isı Transferinin Hesaplamalı Olarak Araştırılması, Dokuz Eylül Üniv. Müh. Fak. Müh. Bilimleri Dergisi, 2, 175-182, 2000.
6. 6. Etemoğlu A.B, İşman M.K, Pulat E., Can M., Tek Yongalı Elektronik Cihazların Laminer ve Türbülanslı Akışta Soğutulmasıın Analizi, Mühendis ve Makina, 45 (-), 535-, 2004.
7. 7. Kılıç M., Elektronik Sistemlerin Soğutulmasında Nanoakışkanlar ve Çarpan Jetlerin Müşterek Etkisinin İncelenmesi, Çukurova Üniv. Müh. Mimarlık Fak. Dergisi, 33 (3), 121-132, 2018.
8. 8. Gupta S.K., Rawat M.K, Kukreja N., Analysis Of Heat Transfer Enhancement Of Electronic Chip Using CFD, International Journal of Scientific and Technology Research , 8 (-), 2277-8616, 2019.

9. 9. Demircan T., ve Özdemir E., Askerî Sistemlerin Yüksek Sıcaklıklara Çıkan Devre Elemanlarının Etkin Olarak Soğutulması, Savunma Bilimleri Dergisi, 18 (-), 1303-6831, 2019.
10. 10. Pulat E. ve Diner M., Geri Basamak Akışının Nümerik Analizi, Pamukkale Üniv. Müh. Fak. Müh. Bilimleri Dergisi, 7 (-), 29-34, 2001.
11. 11. Kim, J.Y., Ghajar, A.J., Tang, C., Foutch, G.L., Comparison of Near-Wall Treatment Methods for High Reynolds Number Backward-Facing Step Flow, International Journal of Computational Fluid Dynamics, 19, 493-500, 2005.
12. 12. Karasu, T., Geriye Doğru Basamaklar Arkasında Kompleks Çevrintili Türbülanslı Akışın Sayısal Hesaplanması, II. Ulusal Hidrolik Pnömatik Kongresi ve Sergisi, İzmir, 383-394, 2001.
13. 13. Bayraktar S., Numerical Investigation of Flow Over Obstacles on a Backward-Facing Step, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 36 (-), 1145-1158, 2021.
14. 14. Zhang, M., Song, X., Research on the Effects of Nonsmooth Surfaces on Backward-facing Step Flow, ICAMMT 2019, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 631, 022019, 2019.
15. 15. McQueen, T., Burton, D., Sheridan, J., Thompson, M.C., High-Reynolds Number Backward-Facing Step Flow Control, AFMC 2020, 22nd Australasian Fluid Mechanics Conference, Brisbane, Australia, 7–10 December 2020.
16. 16. Banait, H., Bais, A., Khondekar, K., Choudhary, R.K., Bhambere, M.B., Numerical Simulation of Fluid Flow over a Modified Backward-Facing Step using CFD, International Research Journal of Engineering and Technology, 07 (09), 2686-2692, 2020.
17. 17. Maurice, G., Machicoane, N., Barre, S., Djeridi, H., Coupled X-Ray High-Speed Imaging and Pressure Measurements in a Cavitiating Backward Facing Step Flow, Physical Review Fluids, 6, 044311, 2021.
18. 18. Kırt, Ç., Geçgel U.C., Pulat, E., Yüzeyle Aynı Hizada Monte Edilmiş Elektronik Yongalardan Olan Isı Transferi Üzerine Geri Basamak Etkisinin Araştırılması, ULIBTK’19 22. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Kocaeli, - , 2019.
19. 19. Thabet, S., Thabit, T.H., Jasim, Y.A., CFD Analysis of a Backward Facing Step Flows, International Journal of Automotive Science and Technology, 2 (3), 10-16, 2018.
20. 20. Kumar, A.S., Singh, A., Thiagarajan, K.B., Simulation of Backward Facing Step Flow Using OpenFOAM©, AIP Conference Proceedings, Volume 2204, Issue 1, 2020.
21. 21. Chen, Y.T., Nie, J.H., Armaly, B.F., Hsieh, H.T., Turbulent Separated Convection Flow Adjacent to Backward-Facing Step-Effects of Step Height, International Journal of Heat and Mass Transfer, 49 (-), 3670-3680, 2006.
22. 22. Park, T.H., Choi, H.G., Yoo, J.Y., Kim, S.J., Streamline Upwind Numerical Simulation of Two-Dimensional Confined Impinging Slot Jets, International Journal of Heat and Mass Transfer, 46 (-), 251-262, 2003.
23. 23. Jaramillo, J.E., Perez-Segarra, C.D., Oliva, A., Claramunt, K., Analysis of Different RANS Models Applied to Turbulent Forced Convection, International Journal of Heat and Mass Transfer, 50, 3749-3766, 2007.
24. 24. Gibson, M., Verriopoulos, C., Nagano, Y., Measurements in the Heated Turbulent Boundary Layer on a Mildly Curved Convex Surface, Turbulent Shear Flows 3, editörler: Bradbury L.J., Durst F., Launder B.E., Schmidt F.W., and Whitelaw J.H., Springer, Berlin Heidelberg,, 80–89, 1982.
25. 25. Gibson, M., Verriopoulos, C., Vlachos, N., Turbulent Boundary Layer on a Mildly Curved Convex Surface. Part 1: Mean Flow and Turbulence Measurements, Experiments in Fluids, 2 (-), 17–24, 1984.
26. 26. Yoder, D.A., 2016, Comparison of Turbulent Thermal Diffusivity and Scalar Variance Models, NASA Technical Reports Server, AIAA paper, 1-22 https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20160010069/downloads/20160010069.pdf. Erişim tarihi 31.05.2021 tarihinde indirilmiştir.
27. 27. Wilcox, D.C. (Ed.), Turbulence Modeling for CFD, Griffin Printing, Glendale, CA, A.B.D., 1993.
28. 28. Menter, F.R., Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications, AIAA Journal, 32 (-), 1598-1605, 1994.
29. 29. Merci, B., De Langhe, C., Vierendeels, J., Dick, E., A Quasi-Realizable Cubic Low-Reynolds Eddy-Viscosity Turbulence Model with a New Dissipation Rate Equation, Flow, Turbulence and Combustion, 66 (-), 133-157, 2001.
30. 30. Haqua, A.-u., Ahmad, F., Yamada, S., Chaudhry, S.R., Assesment of Turbulence Models for Turbulent Flow Over Backward Facing Step, WCE Proc. of the World Congress on Engineering Vol. II, London, 1340-1345, 2007.
31. 31. Hisieh, W.D. and Chang, K.C., Calculation of Wall Heat Transfer in Pipe Expansion Turbulent Flows, International Journal of Heat and Mass Transfer, 39 (-), 3813-3822, 1996.
32. 32. Driver, D.M. and Seegmiller, H.L., Features of Reattaching Turbulent Shear Layer in Divergent Channel Flow, AIAA Journal, 23, 163-171, 1985.
33. 33. Kasagi, N. and Matsunaga, A, Three-Dimensional Particle-Tracking Velocimetry Measurement of Turbulence Statistics and Energy Budget in a Backward-Facing Step Flow, International Journal of Heat and Fluid Flow, 16, 477-485,1995.