Dar bir kanalda yüzeye monte edilmiş ısıtılmış bloklar üzerinden olan akış ve ısı transferi üzerine geometrik faktörlerin, türbülans giriş parametrelerinin ve basınç gradyeninin etkisi

Abstract

Bu çalışmada, alt yüzeye monte edilmiş dört adet blok gibi elektronik yongadan olan ısı transferi üzerine blok yerleşimlerinin, blok yüksekliğinin, kanal yüksekliğinin, giriş türbülans şiddetinin, basınç gradyeninin ve eşlenik (conjugate) durumun etkileri hesaplamalı olarak olarak araştırılmıştır. Tüm geometrik faktörler ve giriş türbülans şiddeti 3 farklı durum için incelenmiştir. Basınç gradyeni üst plaka üzerine verilen ve ilk bloktan hemen önce başlayan eğimle sağlanmıştır. -2°, 0°, 2°, 4° ve 6° eğim açıları kullanılmıştır. Eşlenik (conjugate) etki için bakalit ve FR-4 olmak üzere iki farklı malzemenin etkisi incelenmiştir. Elektronik elemanları simule eden bloklar kanalın alt yüzeyine yerleştirilmiştir ve bloklara sabit sıcaklık tanımlanmıştır. Akışkan olarak hava kullanılmakta ve hava kanala düzgün hız profilinde sabit hızla girmektedir. Hesaplamalar kanal yüksekliğine göre tanımlanmış Re sayıları (Re= 6000, 9015 ve 11993) için yapılmıştır. Bu amaçla iki ve üç boyutlu akış, sıkıştırılamaz ve türbülanslı durum göz önüne alınarak korunum ve SST k-ω türbülans model denklemleri ANSYS-Fluent yazılımı kullanılarak çözülmüştür. İncelenen tüm durumlar için hız, sıcaklık, basınç ve türbülans kinetik enerji dağılımları elde edilerek karşılaştırılmıştır. Değişen tüm durumların, ısı transferi üzerine olan etkileri de yerel ve ortalama Nusselt değerleri hesaplanarak tartışılmış, son bloktan sonraki yeniden birleşme uzunlukları çizdirilerek hesaplanmış ve ayrıca blok üstünde, kanal ortasında ve kanal üstünde basınç değerleri çizdirilerek karşılaştırma yapılmıştır.

In this study, effects of block placements, block height, channel height, inlet turbulence intensity, pressure gradient and conjugate state on heat transfer from block-like electronic chips are investigated computationally. All geometric factors and inlet turbulence intensity were examined for 3 different cases. The pressure gradient has been ensured with the inclined upper plate that starts just before the first block. Inclination angles of -2°, 0°, 2°, 4°, and 6° have used. The effect of two different materials, Bakelite and FR-4, was investigated for the conjugate effect. Blocks simulating electronic elements are placed to the lower surface of the canal and a constant temperature is defined for the blocks. Air is used as the fluid and the air enters the duct at a constant velocity in a uniform velocity profile. Calculations were made for Re numbers (Re= 6000, 9015 ve 11993) defined according to channel height. For this purpose, conservation and SST k-ω turbulence model equations are solved by using ANSYS-Fluent software for two-dimensional, incompressible, and turbulent flow conditions. Velocity, temperature, pressure, and kinetic energy distributions have been computed and compared for considered inclination angles. The effects of all changing conditions on the heat transfer were also discussed by calculating the local and average Nusselt values, and the recombination lengths after the last block were calculated by plotting and also comparisons were made by plotting pressure values on the block, in the middle of the channel and above the channel.