مکانیک سیالات و آیرودینامیک

مکانیک سیالات و آیرودینامیک

بررسی اثر تغییر نوع سطح مقطع و آرایش موانع بر مشخصه‌های هیدرودینامیکی و حرارتی جریان سیال در یک میکرو چاه حرارتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 کارشناسی ارشد، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
2 دانشیار، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
چکیده
در سال‌های اخیر مطالعات زیادی پیرامون چاه گرمایی میکروکانالی انجام شده است. چاه گرمایی میکروکانالی حرارت را از تجهیزات جذب می‌کنند و با بیشینه‌کردن سطح تماس با سیال اطرافشان، حرارت را به آن سیال منتقل می‌کنند. در پژوهش حاضر به شبیهسازی سهبعدی جریان آب در یک چاه گرمایی با شار حرارتی یکنواخت پرداخته میشود. بدین منظور دو سطح مقطع دایره و مثلث در چهار نوع آرایش مربع، لوزی 30 درجه، لوزی 60 درجه و مثلثی در نظر گرفته شده است. شبیه‌سازی به کمک نرم‌افزار تجاری انسیس فلوئنت انجام شده است. شرط مرزی شار حرارتی ثابت و یکنواخت بر دیواره پایین چاه حرارتی اعمال شده است. در این تحقیق، ابتدا افت فشار و انتقال حرارت مورد بررسی قرار می‌گیرد. سپس با تعریف ضریب عملکرد حرارتی، چاه حرارتی بهینه مشخص می‌شود. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد چاه گرمایی با آرایش مثلثی و موانعی با سطح مقطع دایره با ارتفاع 5/1 میلی‌متر بیشترین بازدهی را داشته است، اما در آرایش مربعی با موانعی با سطح مقطع مثلث کمترین بازدهی رخ‌داده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigating the Effect of Changing the Type of Cross-Section and the Arrangement of Obstacles on the Hydrodynamic and Thermal Characteristics of Fluid Flow in a Microchannel Heat Sink

نویسندگان English

Hamed Noroozi 1
A. R. Rahmati 2
1 Master's Degree, Kashan University, Kashan, Iran
2 Associate Professor, Kashan University, Kashan, Iran
چکیده English

In recent years, many studies have been conducted on microchannel heat sink. Microchannel heat sink absorbs heat from the equipment and transfers heat to that fluid by maximizing the contact surface with the surrounding fluid. In the present study, the three-dimensional simulation of water flow in a heat sink with uniform heat flux is discussed. For this purpose, two cross sections of circle and triangle are considered in four types of square, 30 degree rhombus, 60 degree rhombus and triangular arrangement. The simulation was done with the help of Ansys Fluent commercial software. The boundary condition of constant and uniform heat flux is applied on the bottom wall of the heat sink. In this research, pressure drop and heat transfer are investigated first. Then, by defining the thermal performance coefficient, the optimal heat sink is determined. The obtained results show that the heat sink with a triangular arrangement and obstacles with a circular cross-section with a height of 1.5 mm had the highest efficiency, but in a square arrangement with obstacles with a triangular cross-section, the lowest efficiency occurred

کلیدواژه‌ها English

Heatsink Arrangement Cross
Section Obstacles Heat transfer

Smiley face

[1].     VanFossen, G.J., Heat-transfer coefficients for staggered arrays of short pin fins. 1982.
[2].    Metzger, D., C. Fan, and S. Haley, Effects of pin shape and array orientation on heat transfer and pressure loss in pin fin arrays. 1984.
[3].    hen, Z., et al., Convective heat transfer and pressure loss in rectangular ducts with drop-shaped pin fins. Heat and Mass transfer, 1997. 33(3): p. 219-224.
[4].    .Chyu, M., Y. Hsing, and V. Natarajan, Convective heat transfer of cubic fin arrays in a narrow channel. 1998.
[5].    .Li, Q., et al., Heat transfer and pressure drop characteristics in rectangular channels with elliptic pin fins. International Journal of Heat and Fluid Flow, 1998. 19(3): p. 245-250.
[6].    .Ricci, R. and S. Montelpare, An experimental IR thermographic method for the evaluation of the heat transfer coefficient of liquid-cooled short pin fins arranged in line. Experimental thermal and fluid science, 2006. 30(4): p. 381-391.
[7].    Yang, K.-S., et al., A comparative study of the airside performance of heat sinks having pin fin configurations. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2007. 50(23-24): p. 4661-4667.
[8].    Seyf, H.R. and M. Layeghi, Numerical analysis of convective heat transfer from an elliptic pin fin heat sink with and without metal foam insert. Journal of Heat Transfer, 2010. 132(7).
[9].    Wang, F., J. Zhang, and S. Wang, Investigation on flow and heat transfer characteristics in rectangular channel with drop-shaped pin fins. Propulsion and power research, 2012. 1(1): p. 64-70.
[10]. Tuckerman, D.B. and R.F.W. Pease, High-performance heat sinking for VLSI. IEEE Electron device letters, 1981. 2(5): p. 126-129.
[11].       Hetsroni, G., A. Mosyak, and Z. Segal, Nonuniform temperature distribution in electronic devices cooled by flow in parallel microchannels. IEEE Transactions on components and packaging technologies, 2001. 24(1): p. 16-23.
[12]. 12. Qu, W. and I. Mudawar, Experimental and numerical study of pressure drop and heat transfer in a single-phase micro-channel heat sink. International journal of heat and mass transfer, 2002. 45(12): p. 2549-2565.
[13]. Jasperson, B.A., et al., Comparison of micro-pin-fin and microchannel heat sinks considering thermal-hydraulic performance and manufacturability. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, 2009. 33(1): p. 148-160.
[14]. Pourmahmoud, N., H. Soltanipour, and I. Mirzaee, The effects of longitudinal ribs on entropy generation for laminar forced convection in a microchannel. Thermal Science, 2016. 20(6): p. 1963-1972.
[15]. Wang, G., et al., Fluid and heat transfer characteristics of microchannel heat sink with truncated rib on sidewall. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2020. 148: p. 119142.
[16]. .Bhandari, P. and Y.K. Prajapati, Thermal performance of open microchannel heat sink with variable pin fin height. International Journal of Thermal Sciences, 2021. 159: p. 106609.
[17]. .Shekhar Thakre , A.P., Prateek D. Malwe, Heat transfer and pressure drop analysis of a microchannel heat sink using nanofluids for energy applications. 2023.
[18]. Mukhtar, M. H., Khan, M. N., Singh, B. P., & Ansari, M. A. (2024). Effect of variation in heights of cylindrical pinfins on the thermo-hydraulic performance of an open-microchannel heat sink. Numerical Heat Transfer, Part B: Fundamentals,1–16. https://doi.org/10.1080/10407790.2024.2341326
[19]. .Yadav V, Baghel K, Kumar R, Kadam ST. Numerical investigation of heat transfer in extended surface microchannels. International Journal of Heat and Mass Transfer 2016; 93:612–622.
[20]. .Maradiya, C., J. Vadher, and R. Agarwal, The heat transfer enhancement techniques and their thermal performance factor. Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences, 2018. 7(1): p. 1-21.
دوره 14، شماره 2 - شماره پیاپی 36
پاییز و زمستان
اسفند 1404
صفحه 103-122

  • تاریخ دریافت 13 مهر 1404
  • تاریخ بازنگری 07 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 23 آذر 1404
  • تاریخ انتشار 01 اسفند 1404