Elektronik bir elemanın çarpan jet ve çapraz akış kombinasyonu ile soğutulmasında, kanatçık açısının akış ve ısı transferi karakteristikleri üzerindeki etkilerinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical analysis of the effects of fin angle on flow and heat transfer characteristics for cooling an electronic component with impinging jet and cross-flow combination
Yazar: Öztürk, Muhammed; Demircan, Tolga
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 37 No. 1, 2020
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Çapraz akış,Jet akış,Kanatçık açısı ; Cross-flow,Impinging jet,Fin angle,Electronic cooling

Bu çalışmada, sabit ısı akısına sahip elektronik bir elemanın çarpan jet ve çapraz akış kombinasyonu ile soğutulması sayısal olarak incelenmiştir. Problem geometrisi içerisine yerleştirilmiş akış yönlendirici kanatçığın açısının değişiminin, akış yapısı ve ısı transferi üzerindeki etkileri üzerine yoğunlaşılmıştır. Bu amaçla, farklı Vj/Vk (jet giriş hızının kanal giriş hızına oranı) oranları ve farklı kanatçık açıları için Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yardımı ile sayısal analizler yapılmıştır. Bu kapsamda, H/D (jet ile çarpma yüzeyi arasındaki mesafenin jet çapına oranı)  oranı 3 olarak sabit alınmış,  Vj/Vk oranın değeri 0, 1, 2 ve 3 ve kanatçık açısının (α) değeri ise 0o, 22,5°, 45°, 67,5° ve 90° olacak şekilde değiştirilerek simülasyonlar tekrarlanmıştır. Kanatçık açısının etkilerinin daha iyi görülebilmesi için elde edilen sonuçlar, kanatçıksız (α=0) durum ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde, diğer parametreler sabit iken kanatçık açısının (α) veya Vj/Vk oranın artması ile elektronik elemanın yüzeylerinde gerçekleşen ısı transferinin genel olarak arttığı görülmüştür. Elektronik elemanın yüzeylerinden gerçekleşen maksimum ısı transferine Vj/Vk=3 ve α=90o’de ulaşılmıştır. Yüksek kanatçık açısı ve Vj/Vk oranında diğer kanatçık açılarına kıyasla daha yüksek ısı transferi gerçekleşebileceği gözlemlenmiştir.

In this study, cooling by using impinging jet and cross-flow combination (IJCF) for an electronic component with constant heat flux is investigated. The effects of change of flow-guiding fin angle positioned inside the problem geometry on flow structure and heat transfer is considered. For this purpose, numerical analysis is conducted for different Vj/Vk (jet inlet velocity to channel inlet velocity ratio) and different fin angle is conducted with Computational Fluid Dynamics (CFD). Within this context,  H/D (the ratio between the jet and impinging surface distance and jet diameter)  ratio is taken constant as 3,  Vj/Vk ratio values are changed as 0, 1, 2 and 3 and fin angle value (α) is changed 0o, 22.5°, 45°, 67.5° and 90° and simulations are repeated. To better see the effects of the fin angle, the obtained results are compared with the non-fin state. When the obtained results are analysed, with increasing fin angle (α) or Vj/Vk ratio when other parameters are constant, it is seen that heat transfer on the electronic component surfaces generally increased. The maximum heat transfer on the electronic component surface is reached for Vj/Vk=3 and α=90o’. It is observed that higher heat transfer can occur for higher fin angle and Vj/Vk ratio compared to other fin angles.