Kanal içi akış ve çarpan jet kullanımı ile elektronik elemanların soğutulmasının sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of cooling of an electronic component with crossflow and impinging jet
Yazar: ERGUN ÖRS
Danışman: PROF. DR. HAŞMET TÜRKOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Teknolojik gelişmelerle birlikte, mikro işlemcilerin ve elektronik elemanların önemi ve kapasiteleri gün geçtikçe artış göstermektedir. Bu sebepten dolayı, elektronik elemanların soğutulması tasarımcılar için önemli bir konu haline gelmiştir. Elektronik elemanların soğutulmasında değişik yöntemler kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında, bu yöntemlerden birisi olan kanal içi akış ve çarpan jet kullanımı ile elektronik elemanın soğutulması sayısal olarak analiz edilmiştir. ANSYS FLUENT (v17.2) HAD yazılımı kullanılarak, elektronik elemanın farklı geometrik modifikasyonlarında ve farklı akış şartlarındaki soğutma etkinliği incelenmiştir. Türbülans modeli olarak iyileştirilmiş duvar fonksiyonlu k-ε kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar literatürdeki sonuçlarla doğrulanmıştır. Keskin köşelerin elektronik eleman üzerindeki ısı transferine etkisini analiz edebilmek için değişik köşe pah yüksekliklerine sahip elemanlar ile simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Simülasyonlar, jet akışı ve kanal içi akışı Reynolds sayılarının farklı değerleri için gerçekleştirilmiştir. Jet akışı Reynolds sayısı 0, 5000, 10000, 15000, kanal içi akış Reynolds sayısı 0, 2000, 5000, 8000, pah yükseklikleri ise 0, 2 ve 4 mm olacak şekilde alınmıştır. Kanal akışı Reynolds sayısının,  jet Reynolds sayısının ve elektronik eleman köşesindeki farklı pah yüksekliklerinin akış alanına, sıcaklık dağılımına, eleman yüzeyindeki Nusselt sayısına etkileri incelenmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, pah yüksekliğinin ve jet Reynolds sayısının artışı elektronik eleman üzerindeki ısı transferini arttırmaktadır. Yapılan analizler sonucunda, eleman üst kenarlarındaki pah yüksekliğinin akışı ve ısı transferini önemli ölçüde etkilediği görülmüştür.

Abstract:
With technological improvements, the capacity and the importance of microprocessors and electronic components have dramatically increased. For this reason, the topic of the cooling of electronic components has become a major issue for designers. There are many techniques used for cooling of electronic components. In this study, cooling of electronic components has been numerically studied by one of these methods which includes the combination of on impinging jet and channel flow. With the using of ANSYS FLUENT (v17.2) CFD software, the aim is to investigate the effect of different geometrical modification and flow conditions of the component on the cooling effectiveness. Also, k-ε  with enhanced wall treatment is used as the turbulence model. To correction of this study, the results have been compared with the data from the literature. Due to optimizing heat transfer on the electronic component, analyzing of this study has been modeled by the different chamfer heights and Reynolds numbers. Reynolds number for impinging jet which is illustrated by 〖Re〗_j symbol is chosen as 5000, 10000, and 15000, respectively. During the whole analysis, Reynolds number of channel which is illustrated by 〖Re〗_k symbol is chosen as 2000, 5000, and 8000, respectively. In addition, the chamfer height which is illustrated by s symbol is chosen as 0, 2, and 4 mm, respectively.  Numerical analysis are carried out to investigate the effects of channel flow Reynolds number, jet Reynolds number and different chamfer heights on the electronic component on the flow field, temperature distribution, average Nusselt number on the component surface. When the results are examined, enhancement of the chamfer height and jet Reynolds number increase the heat transfer on the electronic component. As a result of the analysis, it is observed that the chamfer height at the upper edges of the electronic component significantly influenced flow and heat transfer.