İşlemci soğutucu tasarımı ve analizi

Teknolojinin gelişmesi ve kullanım alanlarının hızla artması ile birlikte, elektronik cihazlardaki ısınma problemleri daha da önemli hale gelmiştir. Elektronik cihazlarda fazla ısınma durumunu iyileştirmek için pasif soğuma, aktif soğuma proseslerinin yeterli kalmadığı durumlarda uygun ise sıvı soğutma işlemi ile yüksek sıcaklık oluşumunun önüne geçilmektedir. Bu tez çalışmasında, sıvı soğutma sistemlerinin termal performansını iyileştirmek için nanoakışkan kullanımının ısı transferine etkisi, nümerik yöntemlerden hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile incelenmiştir. Farklı soğutucu tasarımları için, laminer ve türbülanslı akışta zorlanmış taşınım ile ısı transferi içeren çalışmada, akışkan modellemesinde hem tek faz hem de multifaz modelleme yöntemleri kullanılmıştır. Kullanılan matematiksel modellemeler farklı deneysel ve nümerik çalışmalar üzerinde doğrulanmıştır. Nümerik olarak nanoakışkanların tek faz ve multifaz olarak modellenmesi mümkündür. Tek faz modelleme yaklaşımında nanoakışkan malzeme H_2 O ile belirli konsantrasyon oranlarında karıştırılmış olarak modellenmiştir. 〖Al〗_2 O_(3 )'nın belirli yasalara bağlı kalarak termofiziksel özellikleri hesaplanmıştır. Tek faz modelleme, saf H_2 O, 〖%1 Al〗_2 O_(3 ), 〖%5 Al〗_2 O_(3 )nanoakışkanları için farklı reynolds sayılarında yapılmıştır. Reynolds 500, 750, 1000, 2500, 5000 ve 7000 değerlerinde analizler gerçekleştirilmiştir ve reynolds değerindeki artış çıkışta okunan maksimum sıcaklık değerini düşürmektedir. Multifaz modelleme yönteminde ise nanoakışkan 〖 Al〗_2 O_(3 ) baz akışkan H_2 O içerisine farklı boyutlarda süspanse edilen ayrı bir faz olarak tanımlanmıştır ve iki ayrı model kullanılmıştır. Nanoakışkan kullanımı saf H_2 O kullanıma göre her iki yöntemde de ısıl iletkenliği arttırmıştır. Aynı zamanda %5 konsantrasyon oranında nanoakışkan kullanımı %1 konsantrasyondan daha iyi sonuçlar vermiştir. Sıcaklık dağılımlarına bakıldığı zaman tek faz ve multifaz modelleme yöntemlerinden Mixture model oldukça benzer dağılımlar vermektedir. Nanoakışkanların termal performansa etkisi birçok parametreye bağlı olarak değişmektedir. Bunlardan önemli bir tanesi süspanse edilen nanopartikülün boyutudur bu çalışmada da hem Mixture hem de Eulerian modelleme yaklaşımında 20 nm, 30 nm ve 40 nm olmak üzere farklı partikül boyutlarında çalışılmıştır. Yapılan çalışmalarda iki farklı tasarım soğutucu kullanılmıştır. Bu tasarımlarda akış paralel ve serpantin olarak dağıtılmıştır. Akış dağılımının ve basınç düşüşünün de termal performansa etkisi olmuştur. Daha düzenli bir akış dağılımı sağlayan serpantin bloğunda sıcaklıklar daha düşük okunmuştur. Yapılan tüm çalışmalar bir HAD yazılımı olan ANSYS Fluent kullanılarak gerçekleştirilmiştir.