Meso-scale cooling devices experimental and numerical heat transfer analysis

Son zamanlarda çeşitli termal yönetim stratejileri ve ilgili teknolojiler, özel ihtiyaçları yerine getirmek üzerine dayanarak geliştirilmektedir. Bu teknolojilerin bazıları muffin fanları, sentetik jetler ve piezoelektrik fanlardır. Bu üç teknoloji kendi çekirdek ısı giderim sistem karşılaştırma ihtiyacını baz alınarak seçilmiştir. Muffin fanları, normal döner fanların küçük ölçeğidirler ve Soğutma yapan bir akım üretmek için bir dizi bıçak kullanırlar. Sentetik jetleri ve piezoelektrik fanların ikisi de akım oluşturmak için bir piezoelektrik plaka tarafından oluşturulan salınımı kullanırlar. Sentetik Jetlerde salınımlı bir diyafram varlığı insanın akciğerinde yapılan nefes alma işlemini simule eder. Bıçak, Piezoelektrik fanlardaki periyodik hareketi sonucunda ısıyı gideren bir akış oluşturan salınımlı konsol ışını ile değiştiriliyor. Bu çalışma çeşitli bölümlerden oluşmaktadır, birinci bölümde, daha önce bahsedilen teknolojiler deneysel olarak, ısı transfer karakteristikleri bakımından karşılaştırılmıştır. Teknolojileri test etmek için deneysel bir sistem tasarlanıp ve üretilmiştir. Test sistemi iki ana bölmeden oluşur. Isı kaynağı ve soğutma cihazı; Soğutma cihazları bir plexi fikstüre sabitlenmiştir. Bu stand ayarlanabilir, böylece soğutma cihazı çeşitli mesafelerde çalışabilir. Fikstürler, çalışma esnasında ekstra salınımı önlemek için cihazları sabit tutacak şekilde tasarlanıp ve üretilmiştir. Testin kurulumun ısı kaynağı, testlerin altında olan soğutma teknolojisinin önüne yerleştirilen kare bir bakır ısıtıcıdır. Daha sonra uzaklığın bu soğutma cihazlarının ısı gidermesi üzerindeki etkisi, çeşitli mesafelere yerleştirilerek incelenir ve raporlanır Muffin fan durumunda, ısı transfer katsayısının mesafe ile ters ilişki gösterdiği, yüksek mesafenin düşük ısı transferi sergilediği ve bu nedenle fan ısıtıcıya yakın mesafelerde uygulanabileceği görülmüştür. Sentetik jetler için, ısı aktarımı etkili olmadıktan sonra optimum bir mesafe oluşur. Piezoelektrik fan durumunda, yalnızca düşük ısı aktarım katsayısı ile sonuçlanan mesafedeki artış değil, aynı zamanda, ısı aktarım katsayısı piezoelektrik fan levhasının dönmesine bağlıdır. Levhanın dönme etkisi, mylar ve metalik substrate fanları olmak üzere iki farklı malzeme kullanılarak incelenmiştir. Sentetik jet ve piezoelektrik fan için en yüksek Nusselt sayısı 60 civarındayken, muffin fanında bu sayı 20 den düşüktür. Piezoelektrik levhanın dönmesi o kadar önemlidir ki, mylar levhasında elde edilen en büyük ısı transferi eşdeğeri 20 W/m2-K dır, metalik fan için mylar'dan yaklaşık üç kat daha yüksektir ve yaklaşık 58 W/m2-K dır. Kapsamlı deneysel soruşturmaların yanı sıra, Deneyler sırasında erişilemeyen sonuçların bulunması ve olayların daha iyi anlaşılması için, , piezoelektrik fan, sayısal olarak FLUENT-ANSYS yazılımı ile modellenmiştir. Sayısal sonuçlar, yaklaşık yüzde 20 sapma ile deney sonuçları ile uyumludur. Maksimum hız Yaklaşık 1.8 m/s olduğu bulunmuştur. Akış, piezoelektrik fanın ısı transfer özellikleri incelemesi sırasında PIV görüntüleme yöntemiyle de görselleştirilmektedir. PIV görüntüleme sonuçları, kısmen yakın mesafelerde gerçekleşen yan soğutma açıklığa kavuşturmasına yol açıyor. Yan soğutma olayı, 5000'den fazla kare maylar piezoelektrik fanın hareket analizinden sonra ele geçiyor. 5 mm'den daha az uzaklığa vorteks oluşumu için zaman olmadığı ve dolayısıyla sonuçlanan akışın yanlara doğru yoksun olduğu görülmektedir. Bunun anlamı, ısı kaynağının fan merkez çizgisinde koordine edilmesine rağmen, sonuçlanan akış ısı kaynağının yanlarını soğutulup, Isıtıcının kendisinin soğutulmamasıdır, bu durum arzu edilmez çünkü bu durumda soğutma verimi düşürülür. Son olarak, yüksek hızlı bir kamera 'da piezoelektrik fanın akış üzerindeki nokta davranışını kaydetmek için kullanılmıştır. Kameranın saniyede 3000 kare frekansıyla akış bir duman kalemi kullanılarak kaydedilmiştir. Vorteks oluşumu piezoelektrik fanının çeşitli frekanslarında görülür. Dönme değerinin etkisi kameranın dizileri tarafından da kaydedilmiştir. Oluşan vorteks etki alanı, farklı dönme değerleri durumunda farklıdır.