اثر آرايش هاي مختلف ورودي / خروجي جريان بر عملكرد چاه گرمايي ميكرو كانالي ذوزنقه اي متخلخل

Effects of different inlet/outlet arrangements on performance of a trapezoidal porous microchannel heat sink

در مطالعاتي كه تاكنون در رابطه با چاه گرمايي ميكروكانالي انجام شده اند اثر آرايش هاي مختلف ورود و خروج جريان بر عملكرد چاه گرمايي متخلخل براي هيچ هندسه اي بررسي نشده است. در اين تحقيق اثر استفاده از چهار آرايش مختلف ورودي و خروجي بر خنك كاري يك تراشه الكترونيكي با استفاده از چاه گرمايي ميكروكانالي ذوزنقه اي شكل، شامل ميكروكانال هايي ذوزنقه اي و متخلخل با ضريب تخلخل 0.88، به صورت سه بعدي و عددي بررسي شده است. بدين منظور جابجايي اجباري و آرام آب در ميكروكانال ها و هدايت در قسمت هاي جامد چاه با اعمال شار حرارتي ثابت 150 كيلووات بر متر مربع به كف چاه گرمايي به روش حجم محدود و با استفاده از كد تجاري انسيس-سي اف اكس شبيه سازي شده است. نتايج نشان مي دهد كه آرايش هاي A و B، كه در آن ها ورودي و خروجي در راستاي جريان عبوري از ميكروكانال ها است، در مقايسه با آرايش هاي C و D، كه در آن ها ورودي و خروجي در جنبين قرار دارند، از نظر انتقال حرارت داراي عملكرد بهتر، مقاومت حرارتي پايين تر و توزيع دماي يكنواخت تر در قسمت كف چاه گرمايي هستند. بطور كلي استفاده از محيط متخلخل در كاهش دماي كف چاه گرمايي موثر است و در اين خصوص آرايش D عملكرد بهتري دارد. در مجموع با در نظر گرفتن توام اثر مثبت استفاده از محيط متخلخل در افزايش ضريب انتقال حرارت جابجايي و اثر منفي آن در افزايش قدرت مورد نياز پمپاژ آرايش A بهترين عملكرد را دارد.

Effects of different inlet/outlet arrangements on thermal performance of porous microchannel heat sink MCHS of any geometry has not been studied yet. In this investigation, the effects of utilization of four different inlet/outlet arrangements on electronic chip cooling utilizing trapezoidal MCHS with porous microchannels with porosity of 0.88 have been studied numerically. For this purpose, three dimensional simulations of laminar forced convection flow in microchannels and conduction in solid parts of MCHS by applying constant heat flux of 150 kWm-2 at its base plate have been performed utilizing the finite volume method and the commercial Ansys-CFX code. The results show that the A- and B-type arrangements, for which the inlet and outlet are in direction of flow in the microchannels, have a better heat transfer performance, smaller thermal resistance and provide more uniform temperature distribution in the MCHS base plate. The results indicate that using porous media is effective in reducing the MCHS base plate temperature and in this regard the D-type arrangement has the best performance among the heat sinks studied. Considering both the positive effect of using porous media on increasing the heat transfer coefficient and its negative effect on increasing the required pumping power, the A-type arrangement has the best performance.