تحلیل عددی عملکرد حرارتی میکروکانال خنک کننده cpu

امروزه با توسعه صنایع الکترونیک و توجه به تکنیک های کوچک سازی قطعات الکترونیکی، توانایی دفع حرارت از این قطعات فاکتور مهمی در طراحی آن ها محسوب می شود. تکنیک های خنک سازی توسط جریان های گازی و روش های کلاسیک به نظر نمی رسد که قادر به برآورده کردن نیازهای سرمایشی موردنظر باشد. در نتیجه روش های نوینی برای خنک سازی این قطعات پیشنهاد شده اند که یکی از پرکاربردترین آن ها سیکل سرمایش میکرونی است. مهمترین بخش سیکل سرمایش میکرونی، اواپراتور آن است که باید توانایی برداشت حرارت زیادی را داشته باشد. میکروکانال ها به عنوان نمونه ای از میکرواواپراتورها بسیار مورد توجه بوده اند تا جایی که امروزه به یکی از مهمترین چالش های مهندسین برای بهبود عملکردشان تبدیل شده اند. در پژوهش حاضر یک میکروکانال با مقطع مستطیل با داده های اولیه مشخص به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. جریان آرام، توسعه یافته و از آب به عنوان سیال کاری استفاده شده است. با توجه به وجود داده های تجربی برای بررسی نتایج به دست آمده از حل عددی، صحت کد عددی مربوطه مورد بررسی قرار گرفت. بدین ترتیب که ابتدا شبکه میکروکانال موردنظر در برنامه گمبیت ساخته شده و پس از بررسی استقلال نتایج از نحوه شبکه بندی، با استفاده از برنامه ansys fluent 14 و با شبیه سازی کامل شرایط آزمایشگاهی (داده های ورودی به نرم افزار مانند دمای ورودی و شار گرمایی و...) مدل شده است. با استفاده از نتایج به دست آمده از حل عددی و مقایسه با نتایج تجربی، مشخص شد که تفاوت دمای خروجی میکروکانال خطایی در حدود 0.5 درصد به همراه دارد؛ بنابراین صحت حل عددی مورد تایید می باشد. در مرحله ی بعد با در نظر گرفتن این که عرض پره ثابت فرض شود، با تغییر عرض میکروکانال (از 146µm تا 493µm) تاثیر انواع مقاطع ایجاد شده در عملکرد میکروکانال مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر تغییرات هندسی، تغییرات جریان نیز مورد نظر بوده و نتایج در اعداد رینولدز ورودی متفاوت (100 تا 600) نیز به دست آمده اند. با در نظر گرفتن پارامترهای هندسی، هیدرودینامیکی و حرارتی برای هر حالت، ضریب انتقال حرارت، افت فشار و همچنین تولید انتروپی محاسبه شده است تا بتوان مبنایی برای حالت مناسب با توجه به نتایج حل عددی و تحلیل اگزرژی به دست آورد. نتایج کمینه سازی تولید انتروپی نشان می دهد که حالتی که در آن به طور همزمان ضریب انتقال حرارت، بیشترین و افت فشار و تولید انتروپی، کمترین باشد، وجود ندارد؛ ولی بهینه ترین حالت در رینولدز 300 و عرض میکروکانال 146µm می باشد.