جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای محمدمهدی امین )
موضوع: شبیه سازی عددی انتقال حرارت در خنک کاری یک برد الکترونیکی توسط مواد تغییر فاز دهنده (PCM)
ارائه دهنده: محمد مهدی امین
استادان راهنما: دکتر محمد رضا سلیم پور
استادان مشاور: دکتر احمد سوهانکار اصفهانی
استادان داور: دکتر محسن دوازده امامی، دکتر علی اکبر عالم رجبی
چکیده:
در گذر زمان پس از ظهور و معرفی دستگاه های الکترونیکی قابل حمل در دنیا تقاضای عمومی برای طراحی و ساخت دستگاه های جدیدتر با ابعاد کوچکتر و عملکردی بهینه تر شکل گرفت که در ادامه نگرانی های جدی در مورد گرمای غیر قابل اجتناب تولید شده در این دستگاه ها به وجود آورد. گرمایی که هم عملکرد دستگاه را تحت تاثیر قرار می دهد و هم به مرور زمان از قابلیت اطمینان سیستم می کاهد. روش های خنک کاری فعالِ[1] مرسوم به دلیل تولید صدای اضافی، کارایی ضعیف، ابعاد بزرگ و مصرف انرژی به مرور زمان توانایی هم گام شدن با تغییرات عملکردی و ابعادی دستگاه های الکترونیکی قابل حمل را نداشتند، به این ترتیب متد های خنک کاری غیر فعال[2] در این حوزه مطرح شده و مورد بررسی محققین قرار گرفتند. تکنولوژی خنک کاری غیر فعال مسیر جدیدی برای کنترل و مدیریت گرمایی دستگاه های الکترونیکی با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده و تقویت کننده های رسانایی گرمایی ایجاد کرده است و همچنان تحقیقات گسترده ای در این خصوص در حال انجام است. PCM [3]ها به دلیل گرمای نهان تغییر فاز بالا چگالی ذخیره گرمای قابل توجهی دارند و علاوه بر توانایی های حرارتی مناسب، خواصی از آنها همچون پایداری شیمیایی و عدم قابلیت اشتعال بر اطمینان استفاده از آنها افزوده و اقبال طراحان را به دنبال داشته است.
در این پژوهش به شبیه سازی عددی انتقال حرارت در خنک کاری یک برد الکترونیکی توسط مواد تغییر فاز دهنده پرداخته شده، اضافه کردن فین های استوانه ای به چاه گرمایی مورد بررسی قرار گرفته و ضمن تغییر خواص PCM تغییر نتایج مطالعه شده است. در هندسه مورد بررسی و با در نظر گرفتن تمام قیود مساله ماده تغییر فاز دهنده مناسب انتخاب شده و برای یک کسر حجمی ثابت ماده بهبود دهنده انتقال حرارت[4] (TCE)، مشاهده شد که در ابتدا با اضافه کردن فین به تعداد کم به جهت کاهش حجم PCM در دسترس در محفظه، عملکرد چاه حرارتی تضعیف می شود سپس با افزایش تعداد فین به 25 عدد در یک ربع هندسه و به تبع آن کاهش قطر فین برای ثابت ماندن کسر حجمی، دمای ماکزیمم برد کاهش خواهد یافت. افزایش تعداد فین ها به بالای 25 عدد هزینه و زمان محاسبات را به شدت افزایش می دهد در صورتی که به نظر می رسد در بهبود شرایط چندان موثر واقع نمی شود. با تغییر دو خاصیت PCM در محفظه بدون فین، رسانایی گرمایی و گرمای نهان، و ثابت در نظر گرفتن سایر خواص پایه ماده مورد استفاده مشاهده شد که ضریب هدایت حرارتی ماده در صورت کاهش 50درصدی هم حداکثر دمای بحرانی را رعایت می کند و تنها عیب آن وقوع گرادیان دما های موضعی نسبتا بالا در چاه حرارتی است. همانطور که انتظار می رفت دمای ثابت گذار فاز ماده هم بالاتر از مقادیر ذکرشده در جدول خواص مواد اتفاق خواهد افتاد چرا که انتقال حرارت در محفظه به علت ضریب هدایت حرارتی پایین ماده به سهولت انجام نمی گیرد. در خصوص گرمای نهان مشاهده شد که عددی کاملا متناسب با مساله است به نحوی که حتی 5درصد کاهش مقدار آن یا حتی بیشتر، باعث افزایش دمای ماکزیمم شدید در برد الکترونیکی شده و قیود مساله را برآورده نمی کند. اما افزایش آن باعث می گردد نیازی به ذوب همه PCM موجود در محفظه نبوده و دمای ثابت گذار فاز حداکثر دمای کاری قطعه الکترونیکی باشد.
[1] Active
[2] Passive
[3] Phase Change Material(PCM)
[4] Thermal conductivity enhancer(TCE)