مقاله:تحلیل عددی تاثیر نانوسیال آب اکسید آلومینیوم و تراکم توزیع فین یک مبدل حرارتی با فین های  بیضوی شکل

فایل زیر شامل

۱- عدد فایل ورد(قابل ویرایش+ و تایپ کامل فرمول ها) مقاله به همراه فایل پی دی اف به تعداد ۱۰ صفحه است

تحلیل عددی تاثیر نانوسیال آب اکسید آلومینیوم و تراکم توزیع فین یک مبدل حرارتی با فین های  بیضوی شکل

 

 

بهروز محمودی,[۱] ۱

  • مدرس دانشگاه فنی و حرفه ای، آموزشکده فنی حرفه ای شهید عارفی، زاهدان

 

خلاصه

در مقاله حاضر، تأثیر نانوسیال و تراکم توزیع فین بر عملکرد حرارتی و هیدرولیکی یک جاذب حرارتی با فین‌های بیضوی شکل مورد مطالعه قرار گرفته است. جریان نانوسیال آرام و عدد رینولدز برابر ۱۵۰ می‌باشد. دو هندسه پایه یکی خطی و دیگری یک‌ در میان و هر کدام با ۳ آرایش مختلف فین درمجموع با شش هندسه مورد بررسی قرارگرفته است. هدف از انجام تحقیق بررسی انتقال حرارت در این کانال است و به بررسی اثر آرایش فین‌ها پرداخته شده است. به‌ صورت کلی می‌توان نتیجه گرفت که اثر تراکم فین در حالت خطی انتقال حرارت تا ۳۷/۱ درصد افزایش داده است و کار پمپ افزایش قابل ‌توجهی تا ۴۴۵ درصد را در پی داشته است. و در بررسی اثر تراکم فین در حالت یک ‌در میان  انتقال حرارت تا ۷۶/۱ درصد افزایش داد و کار پمپ نیز افزایش قابل‌ توجهی تا ۳۱۰ درصد را در پی داشته است.

 

کلمات کليدي: مبدل حرارتی، نانوسیال، میکروفین پین

 

 

  1. مقدمه

هر چه زمان می گذرد، مدارهای الکترونیکی مدرن تری تولید می شوند و امروزه دنیای الکترونیک به سرعت در حال پیشرفت است. این پیشرفت سریع باعث شده تا مدارهای مدرن تر، حرارت تولیدی بیشتری نیز داشته باشند. از سوی دیگر، اندازه دستگاه های الکترونیکی نیز به سرعت در حال کوچک تر شدن است. بنابراین، لازم است تکنیک های خنک سازی قطعات الکترونیکی مدرن مثل پردازنده های کوچک و پر سرعت نیز بهبود پیدا کرده و پیشرفت کند، چرا که عملکرد ایمن این پردازنده ها تنها در صورتی محقق می شود که آن ها در محدوده دمای کاری ایمن خود قرار داشته باشند. تکنیک های قدیمی خنک سازی توسط همرفت هوا دیگر نمیتوانند برای این مقصود کافی باشند. بنابراین تحقیق در زمینه خنک سازی قطعات پیشرفته الکترونیکی توسط جاذب های حرارتی میکروکانال و میکروپین فین با سیال مایع به جای هوا رو به گسترش است، چرا که به طور کلی مایعات ویژگی های حرارتی بهتری نسبت به هوا دارند. تحقیقاتی که در این زمینه انجام می شود در یک نمای کلی در دو مفهوم متمرکز شده است. یکی این که هندسه یک جاذب حرارتی که سیالی سنتی (مانند آب مقطر) دارد را به منظور رسیدن به سطح انتقال حرارت بالاتر تغییر بدهیم و دیگری این که به جای استفاده از سیالی سنتی از سیالاتی جدیدتر مانند نانوسیال استفاده کنیم که خواص حرارتی بهتری داشته باشند ]۱[. مبردهای مرسوم استفاده شده در کاربردهای پیشرفته گرمایی عبارتند از آب، آب مقطر (DI-water) و اتیلن گلیکول. خواص انتقال حرارتی نسبتا ضعیف این سیال ها محدودیتی برای بهبود انتقال حرارت در ابزارهای خنک کننده است. بنابراین، به منظور بهبود مشخصات انتقال حرارتی ابزارهای خنک کننده پیشرفته مانند میکروکانال ها و میکرو پین فین ها، میتوان از نانوسیال به جای سیال های سنتی استفاده کرد ]۲[.

اگرچه میکروکانال ها به دلیل جرم و حجم کم و همچنین نسبت سطح انتقال حرارت به حجم بزرگ شان یکی از روش های مفید برای خنک سازی مدارهای الکترونیکی با تولید حرارت بالا هستند، اما برای بهبود قابلیت خنک سازی و یکنواخت تر شدن توزیع دما، ایده های جدیدتری مانند استفاده از میکرو پین فین هایی با اشکال متنوع و آرایش های گوناگون معرفی شده اند. پین فین ها به عنوان سطح انتقال حرارت اضافه شده به سیستم عمل کرده و نقش مهمی در بهبود انتقال حرارت بازی می کنند ]۳[. تحقیقات اخیر نشان داده اند که جاذب های حرارتی میکروپین فین نه تنها سطح انتقال حرارت  بر واحد حجم بالاتری دارند بلکه به دلیل شکست لایه مرزی و سایر تاثیرات مخلوط شدن در آن ها، ضرایب انتقال حرارت بالاتری نیز ارائه می دهند ]۴[.

اگرچه تحقیقات زیادی در مورد میکروکانال ها انجام شده است اما در مورد میکرو پین فین ها تحقیقات کمی یافت می شود ]۵[. در طول سال­های اخیر مطالعات و بررسی­های مختلفی در زمینه تحلیل حرارتی و هیدرولیکی و تاثیر نانوسیال و تاثیر شکل و آرایش فین ها در عملکرد جاذب های حرارتی میکرو پین فین انجام شده که در ادامه آمده است:

سودفاکدی و همکارانش ]۶[ انتقال حرارت جاذب حرارتی با میکرو پین فین های دایره ای، بیضوی و مربعی را در آرایش لوزوی (یکی در میان) و مربعی (پشت سر هم) بررسی کردند. آن ها متوجه شدند که در همه موارد آرایش لوزوی (یکی در میان) بهتر از آرایش مربعی (پشت سر هم) عمل می کند و همچنین در افت فشار و توان پمپاژ پایین تر فین بیضوی بهتر از بقیه عمل می کند. در افت فشار و توان پمپاژ بالاتر فین دایره ای بهترین عملکرد را دارد. کوثار و همکارانش ]۷-۱۱[ به صورت تجربی افت فشار و ضرایب اصطکاک جاذب های حرارتی با میکروپین فین های دایره ای، مستطیلی، لوزوی، هیدروفویل شکل، و مخروطی حاوی سیال آب و R-123 را مطالعه کرده و یک رابطه برای ضرایب اطکاک ارائه کردند. نتایج حرارتی و هیدرولیکی به دست آمدند تا عملکرد جاذب حرارتی را در نرخ جرمی جریان ثابت، افت فشار ثابت و توان پمپاژ ثابت ارزیابی و مقایسه کنند. ریچی و همکارانش ]۱۲[ به صورت تجربی جاذب حرارتی با میکروپین فین های دایره ای، مربعی، مثلثی و لوزوی را با آرایش مربعی (پشت سر هم) تحت شرط مرزی شار حرارتی ثابت مطالعه کردند. نتایج نشان دادند که عدد ناسلت وابسته به آرایش فین و شکل فین است. به طور مخصوص، تغییرات عدد ناسلت در فین های مثلثی و لوزوی بهتر است. یانگ و همکارانش ]۱۳[ بر روی جاذب های حرارتی با میکرو پین فین های مربعی و دایره ای و بیضوی آزمایش انجام دادند. در آرایش مربعی (پشت سر هم)، ضریب انتقال حرارت با افزایش تراکم پین فین های دایره ای افزایش یافت اما برای میکروپین فین های مربعی تغییر چندانی مشاهده نشد. اما وقتی از آرایش لوزوی (یکی در میان) استفاده شد، میزان تراکم پین فین ها در هر سه شکل مربعی و دایره ای و بیضوی در بهبود ضریب انتقال حرارت موثر بود.

با توجه به مرور مطالعات و تحقیقات گذشته، دریافتیم که هنوز مطالعاتی در خصوص مبدل های حرارتی با فین های بیضوی شکل زیاد صورت گرفته است ولی هنوز اثر تراکم و نوع چیدمان میکرو پین فین ها برسی نشده است.

 

  1. بیان مسئله و معادلات حاکم

در این تحقیق دو هندسه پایه یکی خطی و دیگری یک‌ در میان و هرکدام با ۳ آرایش مختلف فین در مجموع با شش هندسه مورد بررسی قرارگرفته است. جریان نانوسیال پایا، لایه­ای و نیوتنی است. شرایط عدم لغزش در دیواره­ها برقرار است. از انتقال حرارت تابش صرف‌نظر شده است. هدف از انجام تحقیق بررسی انتقال حرارت در این میکروکانال است. ابتدا با توجه به هندسه پایه بهترین قطرهای بیضی را به‌ شرط محیط ثابت به دست آورده و بعد به بررسی اثر آرایش فین‌ها می‌پردازی .

شکل ۱ هندسه کاری طرح حاضر است. حال باید معادلات حاکم در مورد این میکروکانال با توجه به فرضیات موجود بررسی شوند. و اندازه‌ هندسه در جدول ۱ مشخص است.

 

شکل ۱نمایی از میکروکانال

 

جدول ۱آرایش فین ها

آرایش سوم آرایش دوم آرایش اول  
۱۵۰ ۱۵۰ ۱۵۰ SL (μm)
۱۰۰ ۱۵۰ ۳۰۰ ST (μm)

 

 

برچسبها
محصولات مرتبط

دیدگاهی بنویسید.

0