جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای حسین مسعودی)
موضوع: شبیه سازی و مقایسه انتقال گرما در دو میکروخنک کننده حرارتی: 1. صفحه‌ای پره‌دار 2. کانال‌های حلقوی، در جریان‌های جابجایی اجباری
ارائه دهنده: حسین مسعودی
استادان راهنما: دکتر محمدرضا توکلی‌نژاد
استادان مشاور: دکتر ایمان چیت ساز
استادان داور: دکتر احمدرضا پیشه‌ور، دکتر احمد سوهانکار
چکیده:
در این تحقیق هدف بررسی یک خنک کننده حرارتی صفحه‌ای پره‌دار در ابعاد کوچکی در حدود یک تراشه الکترونیکی و یک خنک کننده حرارتی دارای میکروکانال‌های حلقوی است. از نرم افزار تجاری کامسول برای شبیه سازی عددی و به صورت سه بعدی یک کانال از این دو خنک کننده استفاده می‌شود. در این پژوهش به بررسی تاثیر پارامترهای هندسی بر ضرایب انتقال حرارت جابجایی، کولبرن، افت فشار، و پارامتر JF در شرایطی که یک شار حرارت ثابت از سطح زیرین خنک کننده وارد می‌شود و دمای ورودی برابر با 300 کلوین است و سیالی که در خنک کننده‌ها جریان دارد یک سیال غیر نیوتنی تشکیل شده از آب و 0.5 درصد وزنی کربوکسی متیل سلولز است که از مدل قاعده توانی پیروی می‌کند پرداخته شده است.
تغییرات ضرایب فوق با افزایش یا کاهش هر پارامتر هندسی به دست آمده است و با استفاده از روش تئوری ساختاری سه هندسه بهینه برای خنک کننده صفحه‌ای پره‌دار به دست می‌آید و از این سه هندسه بهترین هندسه که بیشترین مقدار JF را دارد مشخص می‌شود که در این حالت ارتفاع کانال برابر با 350، عرض کانال 57، ضخامت دیواره کانال 70، طول دندانه اول 400، و طول دندانه دوم 350 میکرومتر خواهد بود و مقدار JF برابر با 0.20135 می‌شود. در هر کدام از آن‌ها و نیز برای هندسه اولیه خنک کننده صفحه‌ای پره‌دار ضرایب افت فشار، انتقال حرارت جابجایی، کولبرن، و پارامتر JF موضعی به دست می‌آید و نمودارهای آن‌ها بر حسب طول میکروکانال (x) رسم می‌شود و با استفاده از نرم افزار متلب برای هر یک از ضرایب یک رابطه بر حسب x به دست می‌آید که می‌توان برای هر طول مشخص از آن میکروکانال‌ها به راحتی بدون نیاز به محاسبات دوباره این ضرایب را به دست آورد که شکل کلی آن‌ها به صورت ((a/x)+b) است.
در خنک کننده با میکروکانال حلقوی تاثیر پارامتر r* که برابر با نسبت قطر داخلی به قطر خارجی است بر ضرایب مذکور مورد بررسی قرار می‌گیرد و یک نقطه ماکزیمم برای JF به دست می‌آید که همان نقطه بهینه برای میکروکانال حلقوی است که در این حالت r* برابر با 0.35 و مقدار JF برابر با 0.09348 است. در اینجا نیز ضرایب موضعی و روابطی برای آن‌ها به دست می‌آید و مانند خنک کننده صفحه‌ای پره‌دار شکل کلی این روابط به صورت ((a/x)+b) است. در نهایت نحوه تغییرات دمایی و دمای متوسط سطح زیرین خنک کننده برای هرکدام به دست می‌آید و با هم مقایسه می‌شوند و بهترین توزیع دما (با کمترین شیب تغییرات دما) و کمترین دمای میانگین سطح زیرین خنک کننده به دست می‌آید که یک خنک کننده صفحه‌ای پره‌دار با ارتفاع کانال 350، عرض کانال 57، ضخامت دیواره 43، طول دندانه اول 400، و طول دندانه دوم 350 میکرومتر است و مقدار JF برابر با 0.171627 خواهد بود در این حالت طراح می‌تواند بسته به اینکه چه چیز را بیشتر مد نظر دارد یعنی توزیع دما و دمای میانگین سطح تراشه پایین‌تر یا مقدار JF بالاتر یکی از این دو مورد (هندسه با بیشترین مقدار JF یا بهترین توزیع دما و کمترین دمای میانگین سطح تراشه) را برای طراحی یک خنک کننده انتخاب کند. از لحاظ توزیع دما و مقدار JF خنک کننده صفحه‌ای پره‌دار نسبت به خنک کننده با میکروکانال حلقوی عملکرد بهتری دارد ولی به دلیل حلقوی بودن مثلا به دلیل کمبود فضا می‌توان از داخل میکروکانال سیم یا موارد دیگری گذراند. یا می‌توان عایق داخلی آن را برداشت و به عنوان مثال مقاومت الکتریکی یا سیم یا مواردی از این دست از داخل آن گذراند و برای خنک کاری از آن استفاده کرد. همچنین دمای خروجی در میکروکانال حلقوی نسبت به خنک کننده صفحه‌ای بیشتر است و در ابعاد بزرگ‌تر می‌تواند برای وقتی که نیاز به آب گرم خروجی است مورد استفاده قرار گیرد و نسبت به خنک کننده صفحه‌ای عملکرد بهتری داشته باشد.
کلمات کلیدی: میکروکانال حلقوی، میکرو خنک کننده صفحه ای پره‌دار، شبیه سازی عددی، جابجایی اجباری، تئوری ساختاری