Elektronik bir elemanın çarpan jet ve çapraz akış kombinasyonu ile soğutulmasının sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the cooling of an electronic component with the combination of cross flow and impinging jet
Yazar: MUHAMMED SERDAR ÖZTÜRK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TOLGA DEMİRCAN
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde çarpan jetler kısıtlı yüzeylere yüksek ısı transferi sağlayabildiklerinden dolayı endüstriyel sektörde sıkça tercih edilmektedir. Fakat küçük hacimlerde yüksek ısıl yüke sahip olmaları kullanımlarında çeşitli sınırlamalara yol açabilmektedir.  Bu sınırlamaları aşabilmek için çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Bu çalışmada elektronik bir elemanın çarpan jet ve çapraz akış kombinasyonu ile soğutulması sayısal olarak incelenmiştir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) prensibi ile çalışan Ansys Fluent yazılımı kullanılarak, elektronik bir elemanın farklı Vj/Vk (jet giriş hızının kanal giriş hızına oranı) oranları, farklı H/D (jet ile çarpma yüzeyi arasındaki mesafenin jet çapına oranı) oranları ve dört farklı model geometrisi için soğutma performansları incelenmiştir. Türbülans modeli olarak Realizable k-ε türbülans modeli kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar literatürdeki başka sonuçlar ile doğrulanmıştır. Çalışmada dört farklı model için, Vj/Vk 0, 1, 2 ve 3, H/D oranı 2, 3 ve 4 ve ayrıca ikinci model geometri sabit tutularak kanatçık açısının (α) 0°, 22,5°, 45°, 67,5° ve 90° değerleri için elektronik eleman üzerindeki etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde, Vj/Vk oranının artması ve H/D oranını azalması sonucunda elektronik elemanın yüzeyinde gerçekleşen ısı transferi artmıştır. İkinci ve dördüncü modelin birinci modele kıyasla elektronik eleman üzerinde ısı transferinde olumlu bir etki yarattığı belirlenmiştir. Üçüncü modelin ise düşük H/D oranlarında ve düşük Vj/Vk oranlarında birinci modele kıyasla daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür.

Abstract:
Today, impinging jets are frequently preferred in the industrial sector because they can provide high heat transfer to limited surfaces. However, having high thermal loads in small volumes may cause various limitations in their use various methods are used to overcome these limitations. In this study, the cooling of an electronic element with the combination of impinging jet and cross flow is numerically investigated. Using the Ansys Fluent software, which is computational fluid dynamics (CFD), different Vj/Vk (ratio of jet inlet velocity to duct inlet velocity) ratios of the electronic element and the cooling performance of four different model geometries at H/D (the ratio of the distance between the jet and the impact surface to the jet diameter) distance have been investigated. Realizable k-ε turbulence model is used as the turbulence model. The results obtained have been confirmed by other results in the literature. In the study, for four different models, Vj/Vk 0, 1, 2 and 3, H/D ratio 2, 3 and 4, and also for the (α) 0°, 22,5°, 45°, 67,5° and 90° values of the fin angle by keeping the second model geometry constant, the effects on the electronic element were examined. When the results obtained are examined, as a result of the increase in Vj/Vk ratio and decrease in H/D ratio, the heat transfer on the surface of the electronic element has increased. It has been determined that Models 2 and 4 have a positive effect on heat transfer on the electronic element compared to Model 1. Model 3 was found to give better results than Model 1 at lower H/D ratios and low Vj/Vk ratios.