رفتن به محتوای اصلی
x

جلسه دفاع رساله دکتری (خانم سیده زهرا سجادی)

موضوع:  طراحی و بهینه ­سازی یک سیستم جدید خودخنک­ کن غیرفعال

ارائه دهنده: سیده زهرا سجادی

استادان راهنما: دکتر محمدرضا سلیم­ پور    

استادان مشاور: دکتر محمدرضا توکلی

استادان داور: دکتر محسن دوازده ­امامی، دکتر علی اکبر عالم رجبی، دکتر حسین شکوهمند

 

 

چیکده:

در قطعات الکترونیکی معمولاً شار حرارتی بالایی تولید می­ شود و عمر این قطعات به درجه حرارت کارکردشان وابستگی شدیدی دارد، در نتیجه دفع حرارت در این قطعات از اهمیت بالایی برخوردار است و سیستم­ های متنوعی برای خنک­ کاری آن­ها طراحی و ساخته شده­ اند. در این پژوهش قطعه­ ای مستطیلی شکل در نظر گرفته­ شده که در آن حرارت تولید می­ شود و کانال­ هایی موازی برای خنک ­سازی قطعه درون آن تعبیه شده­ است. تعداد این کانال­ها از درجات آزادی سیستم بوده که با بهینه­ سازی، تعداد آن­ها مشخص شده ­است. کانال­ ها به دو دسته فعال و غیر فعال تقسیم شده ­است. در یک سری از این کانال ­ها (کانال­ های فعال) سیال خنک­ کن جریان دارد درحالی­که در تعدادی دیگر (کانال­ های غیرفعال) سیال ساکن وجود دارد. تقسیم ­بندی کانال ­ها به دو دسته فعال و غیرفعال سبب شده که با توجه به حجم ثابت دبی سیال ورودی، دبی سیال در کانال ­های فعال افزایش یافته و ضمن خنک­ کاری قطعه، درجه حرارت کلی قطعه کاهش یابد. کانال­ های فعال و غیرفعال توسط میکروترموستات­ های گرمایی به یکدیگر متصل بوده و با بالارفتن شار حرارتی در قسمتی از قطعه، کانال­ های غیرفعال در همان قسمت از قطعه به کانال­ های فعال تبدیل شده و خنک­ سازی در قسمت­ های با شار حرارتی بالا افزایش یافته و درجه حرارت قطعه کاهش می­ یابد. طراحی یک سیستم خودخنک­ کن غیرفعال به این صورت، یک کار جدید می­ باشد که تاکنون انجام نشده ­است. برای این کار، حل تحلیلی جریان و انتقال حرارت با استفاده از نرم ­افزار حل معادلات مهندسی و تحلیل عددی جریان سیال و بررسی میزان انتقال حرارت قطعه با استفاده از نرم ­افزار فلوئنت انجام شده ­است. آب به عنوان سیال خنک ­کن با خواص ثابت فرض شده ­است. جریان سیال دائم و ابتدا آرام و سپس آشفته در نظر گرفته شده و نتایج مربوط به هر دو حالت آشفته و آرام با در نظرگرفتن و یا صرف نظر از افت فشار موضعی در حالت تحلیلی، محاسبه و با یکدیگر مقایسه شده ­است. برای شبیه­ سازی جریان مغشوش، مدل k-εimage  در نظر گرفته ­شده ­است. در حل عددی، جریان آرام با فرض شرط ورودی فشار ثابت و جریان مغشوش با فرض جریان ورودی کاملاً توسعه­ یافته هیدرودینامیکی حل شده­ است. پس از حل عددی، هندسه بهینه کانال­ های فعال و غیرفعال مشخص شده و سپس قطعه ­ای مطابق با این هندسه بهینه ساخته شده و جریان درون آن مطالعه و بررسی شده ­است. در حل تحلیلی و در حالت جریان آرام، بیشترین کاهش دمای ماکزیمم سطح با استفاده از سیستم خودخنک ­کننده جدید 22/80 درجه سانتی­گراد و مربوط به حالت جریان آرام کاملاً توسعه ­یافته و در حالت جریان آشفته، بیشترین میزان خنک­ کنندگی دمای سطح 8/11 درجه سانتی­گراد است. اما استفاده از سیستم خودخنک­کننده جدید در حالت حل عددی در جریان آرام، دمای سطح را تا 26 درجه سانتی­گراد و در جریان آشفته تا 56 درجه سانتی­گراد کاهش می­ دهد. در حل تجربی جریان درون قطعه، بیشترین کاهش دمای ماکزیمم قطعه 20/5 درجه سانتی­گراد می­ باشد. نتایج بدست آمده از حل تجربی جریان درون قطعه، تطابق خوبی را با نتایج حل عددی جریان درون قطعه نشان می ­دهند. محل ترموستات­ ها و موقعیت آن­ها نسبت به محل اعمال شار حرارتی ماکزیمم در میزان خنک ­کاری قطعه مؤثر است و در صورتی که بازشدگی ترموستات­ ها قبل از محل اعمال شار حرارتی ماکزیمم باشد، ماکزیمم دمای جسم به خوبی کاهش می­ یابد. همچنین هر چه ضریب هدایت حرارتی جسم کمتر باشد، با استفاده از سیستم خنک­ کاری غیرفعال جدید کاهش بیشتری در دمای ماکزیمم قطعه مشاهده می­ شود.

 

تحت نظارت وف بومی