Caracterización Experimental de la Transferencia de Calor en Microcanales Múltiples para el Enfriamiento de Dos Fases de Electrónica de Potencia
Autores: Criscuolo, Gennaro; Brix Markussen, Wiebke; Meyer, Knud Erik; Palm, Björn; Ryhl Kærn, Martin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Caracterización Experimental de la Transferencia de Calor en Microcanales Múltiples para el Enfriamiento de Dos Fases de Electrónica de Potencia
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Transferencia de calor
Microcanales multimixtos fresados
Ebullición por flujo
Sistemas de gestión térmica
Electrónica de potencia
Flujo de calor
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio tiene como objetivo caracterizar experimentalmente la transferencia de calor en disipadores de calor de cobre con microcanales múltiples fresados a microescala que operan con ebullición en flujo, en un intento de contribuir al desarrollo de sistemas de gestión térmica novedosos y de alto flujo de calor para electrónica de potencia. El fluido de trabajo fue R-134a y la investigación se llevó a cabo para una temperatura de saturación de salida nominal de 30 degreesC. Los microcanales tenían 1 cm de longitud y cubrían un área de huella cuadrada de 1 cm^2. Se obtuvieron curvas de ebullición que comenzaban con baja calidad de vapor y coeficientes de transferencia de calor promedio para flujos másicos de canal nominales que iban de 250 kg/m^2s a 1100 kg/m^2s. Las mediciones se realizaron aumentando gradualmente la disipación de potencia a través de un calentador en forma de serpentina soldado en la parte inferior de los microcanales múltiples, hasta alcanzar una temperatura máxima del calentador de 150 degreesC. Se utilizó termografía infrarroja para las mediciones de temperatura del calentador, mientras que la imagen de alta velocidad a través de una cubierta superior transparente proporcionó acceso visual a lo largo de toda la longitud de los canales. El coeficiente de transferencia de calor promedio aumentó con el flujo de calor disipado hasta que ocurrió una disminución dependiente de efectos hidrodinámicos, posiblemente debido a un humedecimiento incompleto de la pared. Dependiendo de la geometría del canal, se pudo obtener un valor máximo de 200 kW/m^2K para el coeficiente de transferencia de calor de la huella y una disipación máxima de 620 W/cm^2 en la huella con una temperatura límite de 150 degreesC, mostrando la idoneidad de las geometrías investigadas en el enfriamiento de alto flujo de calor de la electrónica de potencia. El conjunto de datos experimental se utilizó para evaluar la capacidad de predicción de correlaciones seleccionadas de la literatura. El método de predicción de Bertsch et al. dio el mejor acuerdo con un error porcentual absoluto medio del 24.5%, resultando ser una buena herramienta de diseño para la ebullición en flujo en microcanales múltiples de alto aspecto, como se considera en este estudio.
Descripción
Este estudio tiene como objetivo caracterizar experimentalmente la transferencia de calor en disipadores de calor de cobre con microcanales múltiples fresados a microescala que operan con ebullición en flujo, en un intento de contribuir al desarrollo de sistemas de gestión térmica novedosos y de alto flujo de calor para electrónica de potencia. El fluido de trabajo fue R-134a y la investigación se llevó a cabo para una temperatura de saturación de salida nominal de 30 degreesC. Los microcanales tenían 1 cm de longitud y cubrían un área de huella cuadrada de 1 cm^2. Se obtuvieron curvas de ebullición que comenzaban con baja calidad de vapor y coeficientes de transferencia de calor promedio para flujos másicos de canal nominales que iban de 250 kg/m^2s a 1100 kg/m^2s. Las mediciones se realizaron aumentando gradualmente la disipación de potencia a través de un calentador en forma de serpentina soldado en la parte inferior de los microcanales múltiples, hasta alcanzar una temperatura máxima del calentador de 150 degreesC. Se utilizó termografía infrarroja para las mediciones de temperatura del calentador, mientras que la imagen de alta velocidad a través de una cubierta superior transparente proporcionó acceso visual a lo largo de toda la longitud de los canales. El coeficiente de transferencia de calor promedio aumentó con el flujo de calor disipado hasta que ocurrió una disminución dependiente de efectos hidrodinámicos, posiblemente debido a un humedecimiento incompleto de la pared. Dependiendo de la geometría del canal, se pudo obtener un valor máximo de 200 kW/m^2K para el coeficiente de transferencia de calor de la huella y una disipación máxima de 620 W/cm^2 en la huella con una temperatura límite de 150 degreesC, mostrando la idoneidad de las geometrías investigadas en el enfriamiento de alto flujo de calor de la electrónica de potencia. El conjunto de datos experimental se utilizó para evaluar la capacidad de predicción de correlaciones seleccionadas de la literatura. El método de predicción de Bertsch et al. dio el mejor acuerdo con un error porcentual absoluto medio del 24.5%, resultando ser una buena herramienta de diseño para la ebullición en flujo en microcanales múltiples de alto aspecto, como se considera en este estudio.