Al2O3-SU VE SiC-SU nano akışkanları ile soğutulan CPU ısı alıcısının ısıl performansının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the thermal performance of CPU heat sink coolled with AL203-water and SiC-SU nano fluid
Yazar: FURKAN GÜLER
Danışman: PROF. DR. SİNAN ÇALIŞKAN
Hitit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Merkezi işlem birimleri (CPU) = Central processing units (CPU)

Özet:
Elektronik bileşenler, azaltılmış kullanım ömrü/verimlilik gibi ana dezavantajlardan ve kaçınılmaz yüksek sıcaklıklar nedeniyle artan ısıl etkilerden önemli derece etkilenmektedir. Bu nedenle, bu sorunları çözmek için, sıcaklık artışını kontrol etmek, biriken ısıyı toplamak ve yüksek güçlü elektronik bileşenlerin performansını artırmak için verimli ve güvenilir soğutma yöntemleri kullanmak önemli bir konudur. Bu çalışmada, bir merkezi işlem biriminin (CPU) soğutulması nanoakışkan tabanlı bir mini kanallı ısı alıcının yardımıyla incelenmiştir. Isı akısı (6000, 7000, 8000 ve 9000 W/m²), nano-akışkan yüzdece kütlesel franksiyon oranı (%0,2 ve %0,4) ve soğutucu akışkanın debisi (60, 75, 85 ve 105 ml/dak) değişken parametreler olarak incelenmiştir. CPU yüzey sıcaklığı, ısıl direnç ve ısıl verim gibi parametreler incelenmiştir. Deneysel veriler, uygulanan 9000 W/m²'lik bir ısı akısında ve 60 ml/dak 'lık bir akış debisinde, maksimum CPU sıcaklığı 41,4°C olarak elde edilmiştir. CPU yüzey sıcaklıkları %0,2 SiC/saf su ve %0,2 Al2O3/saf su için; sırasıyla 2 ve 3 °C ve %0,4 SiC/saf su ve %0,4 Al2O3/saf su için sırasıyla; 4 ve 5°C azalmıştır. Fan ve sıvı soğutma olduğu durumda, %0,2 SiC/saf su, %0,2 Al2O3 /saf su, %0,4 SiC/saf su ve %0,4 Al2O3/saf su soğutucu akışkan ısıl verimleri, saf suyun ısıl verimine göre sırasıyla; %20,7, %35,5, %42 ve %48,1 arttığı görülmüştür. %0,4 Al2O3/saf suyun ortalama ısıl direnç (Rth) değerleri, akış debisinin 60 ml/dak'dan 105 ml/dak'ya artmasıyla, saf suyun ısıl direncine göre, sırasıyla %13,15, %20,27, %27,61 ve %36,42 oranında azalmıştır.

Abstract:
Electronic components suffer from the main drawback of reduced lifetime/efficiency and an increase of thermal destruction because of unavoidable high temperatures. Therefore, to resolve these problems, employing efficient and reliable cooling methods is an important issue to control the temperature rise, collect the accumulated heat, and improve the performance of high-power electronic components. In this study, the cooling of an electronic central processing unit (CPU) with the aid of a nanofluid-based mini-channel heat sink was studied. Heat flux (6000, 7000, 8000 and 9000 W/m²), nanofluid mass fraction, (0.2% and 0.4%) and and coolant flow rate (60, 75, 85 and 105 ml/min) are variable analyzed as parameters. Several important parameters were investigated, such as CPU surface temperature, thermal resistance, and thermal efficiency. Experimental data are obtained at an applied heat flux of 9000 W/m² and a flow rate of 60 ml/min, with a maximum CPU temperature of 41.4°C. CPU surface temperatures for 0.2% SiC/pure water and 0.2% Al2O3/pure water; for 2 and 3 °C and 0.4% SiC/pure water and 0.4% Al2O3/pure water, respectively; 4 and 5°C decreased. In the case of fan and liquid cooling, the thermal efficiency of 0.2% SiC/pure water, 0.2% Al2O3/pure water, 0.4% SiC/pure water and 0.4% Al2O3/pure water refrigerant, respectively, according to the thermal efficiency of pure water; 20.7%, 35.5%, 42% and 48.1% increased. Average thermal resistance (Rth) values of 0.4% Al2O3/pure water decreased by 13.15%, 20.27%, 27.61% and 36.42%, respectively, with the increase of flow rate from 60 ml/min to 105 ml/min, according to the thermal resistance of pure water.