Un estudio de diseño paramétrico de disipadores de calor enfriados por convección natural
Autores: McCay, Oisín; Nimmagadda, Rajesh; Ali, Syed Mughees; Persoons, Tim
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un estudio de diseño paramétrico de disipadores de calor enfriados por convección natural
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Enfriados por convección natural
Disipadores de calor
Diseño de aletas
Transferencia de calor
Flujo de calor
Configuraciones de disipadores de calor
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los disipadores de calor enfriados por convección natural son vitales para el futuro del enfriamiento de la electrónica debido a su bajo consumo de energía en ausencia de una agencia de bombeo externa en comparación con otros métodos de enfriamiento. El presente estudio numérico se llevó a cabo con ANSYS Fluent y tuvo como objetivo identificar un diseño de aletas más efectivo para mejorar la transferencia de calor en aplicaciones de convección natural para un tamaño de placa base fijo de 100 mm x 100 mm bajo un flujo de calor aplicado de 4000 W/m2. El número de Rayleigh utilizado en el presente estudio se situó en el rango de 2.6 x 106 a 4.5 x 106. Inicialmente, se consideró un caso base con aletas rectangulares en el presente estudio, y se optimizó con respecto al espaciado de las aletas. Este caso base optimizado fue luego validado contra la correlación semi-empírica de la literatura científica. Tras un buen acuerdo, el modelo validado se utilizó para un análisis comparativo de diferentes configuraciones de disipadores de calor con aletas rectangulares, trapezoidales, curvadas y anguladas, restringiendo el área de superficie de la transferencia de calor. El espaciado de aletas optimizado obtenido para el caso base también se utilizó para las otras configuraciones de disipadores de calor, y luego, los diseños de aletas se optimizaron aún más para un mejor rendimiento. Sin embargo, para el caso de aletas anguladas, se adoptó la configuración optimizada encontrada en la literatura científica en el presente estudio. El novedoso diseño de aleta curvada propuesto con un revestimiento mostró una disminución del 4.1% en la resistencia térmica del sistema con un aumento en el coeficiente de transferencia de calor del 4.4% en comparación con el caso base de aletas optimizado. Los resultados obtenidos se dimensionalizaron aún más con la escala propuesta en términos del caso base para los dos nuevos casos de disipadores de calor (trapezoidal, curvado).
Descripción
Los disipadores de calor enfriados por convección natural son vitales para el futuro del enfriamiento de la electrónica debido a su bajo consumo de energía en ausencia de una agencia de bombeo externa en comparación con otros métodos de enfriamiento. El presente estudio numérico se llevó a cabo con ANSYS Fluent y tuvo como objetivo identificar un diseño de aletas más efectivo para mejorar la transferencia de calor en aplicaciones de convección natural para un tamaño de placa base fijo de 100 mm x 100 mm bajo un flujo de calor aplicado de 4000 W/m2. El número de Rayleigh utilizado en el presente estudio se situó en el rango de 2.6 x 106 a 4.5 x 106. Inicialmente, se consideró un caso base con aletas rectangulares en el presente estudio, y se optimizó con respecto al espaciado de las aletas. Este caso base optimizado fue luego validado contra la correlación semi-empírica de la literatura científica. Tras un buen acuerdo, el modelo validado se utilizó para un análisis comparativo de diferentes configuraciones de disipadores de calor con aletas rectangulares, trapezoidales, curvadas y anguladas, restringiendo el área de superficie de la transferencia de calor. El espaciado de aletas optimizado obtenido para el caso base también se utilizó para las otras configuraciones de disipadores de calor, y luego, los diseños de aletas se optimizaron aún más para un mejor rendimiento. Sin embargo, para el caso de aletas anguladas, se adoptó la configuración optimizada encontrada en la literatura científica en el presente estudio. El novedoso diseño de aleta curvada propuesto con un revestimiento mostró una disminución del 4.1% en la resistencia térmica del sistema con un aumento en el coeficiente de transferencia de calor del 4.4% en comparación con el caso base de aletas optimizado. Los resultados obtenidos se dimensionalizaron aún más con la escala propuesta en términos del caso base para los dos nuevos casos de disipadores de calor (trapezoidal, curvado).