Kanallarda tek fazlı cebri konveksiyon ve elektronik soğutma
Single phase forced convection in channels and electronic cooling
Yazar: NEDİM SÖZBİR
Danışman: Y.DOÇ.DR. H. RIZA GÜVEN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1995
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı geçişi = Heat transfer ; Soğutma = Cooling ; Zorlanmış taşınım = Forced convection

Özet:
X. TÜRKÇE ÖZET VE YABANCI DİLDEKİ ÖZET KANALLARDA TEK-FAZLI CEBRİ KONVEKSİYON VE ELEKTRONİK SO?UTMA Pratik mühendislik problemlerinde, katı ve akışkanda zamanla değişen sıcaklık dağılımı ve kanallar içindeki ısı transferi, örneğin bilgisayarın iki bordunun arasındaki pasajda normal çalışma esnasında planlanmış veya planlanmamış geçişler ile ortaya çıkar. Daimi olmayan durum, termal performansı azaltmak, mekanik arızalara kadar varabilecek termal gerilmeleri artırmak gibi istenmeyen sonuçlar doğurabilir. Bilgisayar bordlarının üzerindeki chiplerin çalışma şartlarını değiştirebilirler. Bu sebeple yapıları gereği zaman içinde periyodik olarak çalışan ve bu sebeple hiç bir zaman daimi duruma ulaşamayan cihazlar için efektif bir kontrol sisteminin temin edilmesi için onların geçici tepkilerin bilinmesi yeterlidir. Cebri hava konveksiyonu ile elektronik elemanların soğutulması en yaygın kullanılan metotdur. Bir dikdörtgen kesitli kanalda giriş ısısının sinusoidal değişimi için daimi olmayan cebri konveksiyonun deneysel çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışma, laminer ve türbülanslı termal olarak gelişmiş ve termal ve hidrolik olarak beraber gelişen akışları içerir. Deneyde akışkan olarak hava kullanılmıştır. İlk önce pürüzsüz (bloksuz) kanal için deneysel çalışma yapılmışrtır. Daha sonra elektronik elemanların cebri konveksiyonla soğutulmasını simule etmek için, dikdörtgen kesitli kanallın alt yüzüne dikdörtgen prizma şeklindeki bloklar uzunlamasına sıra, uzunlamasına sapma, genişlemesine sıra ve genişlemesine sapma konfıgürasyonu şeklindeki yerleştirilmiştir. Reynolds Sayısı 1120'den 22300 kadar ve giriş frekansı 0.02 Hz' den 0.24 Hz'e kadardır. Dikdörtgen kesitli kanalda giriş sıcaklığının zamanla değişmesinden kanal duvar ve merkez sıcaklığının kanal boyunca sıcaklık değişimleri kayıt edilmiştir. Termokapullar blokların arasındaki boşluğun arasına gelecek şekilde yerleştirilmiştir. Dikdörtgen kesitli kanal boyunca merkezde ve duvarda giriş sıcaklığının zamanla değişiminden dolayı sıcaklık değişimleri ölçülmiş ve rekordur ile kayıt edilmiştir. Test bölümüne giren ısı sinüs dalgası şeklinde ve sıcaklık amplitudu kanal boyunca exponensiyel olarak azalmaktadır. Farklı durumlar için deneysel sonuçlardan, sıcaklık amplitudlarının eğimi hesaplanmıştır. Dikdörtgen kesitli kanal boyunca değişik yerlerdeki sıcaklık amplitudları grafik ve tablolar halinde giriş frekansına ve Reynolds sayısına bağlı olarak verilmiştir. -140-

Abstract:
SINGLE-PHASE FORCED CONVECTION IN CHANNELS AND ELECTRONIC COOLING In practical engineering applications, the temperature distribution for both solfd and fluid varies with time and the heat transfer inside the duct, for example, a general passage between two boards in the computer, may be exposed to a number of planned or unplanned transients during normal operation. The unsteady state can produce undesirable effects resulting in reduce thermal performance, and increase thermal stress which in tern affects the working condition of the computer chips placed on the boards, since these device never attain steady operation because of their nature to operate periodically in time, it is essential to know their transient response in order to provide an effective control system. Forced air convection is still the most conventionally used method in the cooling of electronic equipment. This study is a a experimental investigation of unsteady forced convection in a rectangular duct with and without arrays of block-like electronic components. Experimental studies have been carried out to investigate unsteady forced convection in a rectangular duct for a sinusoidal variation of the inlet heat input. The studies covered both laminar and turbulent thermally and simultaneously developing flows, using air as the test fluid. Experimentation started with the study of the unsteady forced convection in the smooth duct without blocks. To simulate forced convection cooling of electronic components, experiments were also performed with rectangular modules mounted on the lower channel wall for inlined and staggered arrangements. Arrays of blocks of same element height to channel height ratio were placed to the duct. Four different arrays population densities were tried. Covering a wide range of Reynolds numbers (1 120-22300) for inlet frequencies the 0.02 Hz to 0.24 Hz range. Thermocouples were placed in the middle of the spacing between the rows of blocks. The temperature variation along the a centerline and wall of the rectangular channel in response to the timewise variation of inlet temperature were measured and recorded. The experiment showed that it was also a sine wave with the same period as the heat input, while its amplitude was decaying exponentially along the duct. The decay indexes were found from the experimental investigation under different conditions. The amplitudes of the temperature response at various locations along the rectangular duct are presented in graphical and tabular forms as a function of inlet frequency and Reynolds numbers. -141-