Mikroelektronik devre elemanlarının zorlanmış taşınımla soğutulmasının simülasyonu

Abstract

Bu tezde, iki paralel levhadan alttaki üzerine monte edilmiş ve mikroelektronik devre elemanlarını simüle eden blok ve bloklar üzerinden olan akış ve ısı transferi modellenmiş ve hız ve sıcaklık dağılımları elde edilmiştir. Tek blok durumunda akışkan sudur ve akış, sürekli, sıkıştırılamaz, iki boyutlu, laminer ve türbülanslı olarak kabul edilmiş olup analiz, laminer akış için kanal yüksekliğine göre tanımlanmış 500, 1000 ve 1500 Reynolds sayılarında, türbülanslı akış için ise 10000, 20000 ve 25000 Reynolds sayılarında yapılmıştır. Soğuk akış, sabit özellikli ve özelliklerin değiştiği sıcak akış durumları belirtilen Reynolds sayılarında incelenmiştir. Kanal girişinde hız profili düzgündür ve blok üzerinde laminer akış için 50°C, türbülanslı akış için 30°C sabit yüzey sıcaklığı kabul edilmiştir Çok blok durumunda akışkan havadır ve akış yine sürekli sıkıştırılmaz ve iki boyutlu kabul edilmiş olup, analiz kanal yüksekliğine göre tanımlanmış 750 ve 1500 Reynolds sayılarında laminer durum için yapılmıştır. Soğuk akış, sabit özellikli ve özelliklerin değiştiği sıcak akış ile kaldırma kuvveti etkilerinin dikkate alındığı sıcak akış durumlarının her biri belirtilen Reynols sayılarında analiz edilmiş olup kanal girişinde hız profili düzgün ve sıcak akış için blok yüzeyinde 50°C sabit yüzey sıcaklığı kabul edilmiştir. Laminer akış için bütün durumlarda Reynolds sayısının artmasıyla yeniden birleşme uzunluğu artmakta ve blok arkasındaki sıcaklık da daha arkalara doğru ulaşabilmektedir. Türbülanslı akışta, Reynolds sayısısının artmasıyla yeniden birleşme uzunluğu azalmakta ve 20000 Reynolds sayısından sonra yeniden birleşme uzunluğu değişmemektedir. Tek bloklu laminer akışta özellik değişimlerinin dikkate alındığı durumda yeniden birleşme uzunluğu sabit özellikli duruma göre daha kısa çıkmakta ve deneysel verilerle daha uyumlu gözükmektedir. Çok bloklu laminer durum için kaldırma kuvveti etkileri yeniden birleşme uzunluğunu arttırmasına rağmen özellik değişiminin tek blok durumundaki kadar etkili olduğu söylenemez. Ayrıca çok bloklu akışta blok üst yüzeyi üzerindeki ısı transfer katsayıları ve ısı akılan sunulmuş olup blok köşelerinde yüksek değerler elde edilmiştir.

In this thesis, fluid flow and heat transfer over two dimensional block and blocks simulating microelectronic components are investigated and streamlines and temperature distribution are obtained. In the one block case, working fluid is water and steady, incompressible, 2-D laminar and turbulent flow are analyzed at Re=500, 1000, 1500 for laminar case and at Re=10000, 20000, and 25000 for the turbulent case. Reynolds number is based on parallel plate channel height. Cold flow, constant property and variable properly hot flows are computationally investigated by considering above Reynolds numbers. At the channel inlet, velocity and temperature profile are uniform and constant block surface temperature is assumed as 50°C for laminar case and 30°C for turbulent flow case. In the multiblock case, similar assumptions are also made and additionally bouyancy effect is included to the governing equations. Similar analysis is performed for Re=750 and 1500 by using air as working fluid. For laminar flow, reattachment length increases with increasing Reynolds number and temperature distribution reaches the longer distance from the block. For turbulent flow, reattachment length decreases with increasing Reynolds number and above a fixed value it is not influenced from Reynolds number increase. Reattachment length of variable property laminar flow is shorter than the constant property flow for one block arrangement. In the multiblock case, it seems that reattachment length is not affected by property variation, but bouyancy effect increases the reattachment length. In addition, heat transfer film coefficints and heat flux values for block surfaces are introduced.