کنترل دمای برد الکترونیکی با بکارگیری چاه گرمایی حاوی ماده تغییر فاز دهنده استئاریک اسید

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

3 استادیار، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش، مدیریت دمای برد الکترونیکی با استفاده از یک چاه گرمایی آلومینیومی مربع شکل با 9 پره حاوی ماده تغییر فاز دهنده (PCM) بصورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت. استئاریک اسید از دسته اسیدهای چرب به عنوان PCM با توجه به دمای بحرانی برد الکترونیکی (C 85° ) و توان تولیدی در آن، انتخاب شد. اثر تغییر توان الکتریکی بصورت ثابت و متناوب و نیز کسر حجمی­های مختلف از PCM ( 11، 25 و 50 درصد) بر تغییرات دمای برد بررسی شد. نتایج نشان داد، استفاده از PCM با کسر حجمی 11% در توان 4 وات، 20 دقیقه زمان امن عملیاتی را افزایش می­دهد. افزایش کسر حجمی از 11% به 50% در توان 6 وات، باعث شد محدوده ذوب PCM، به میزان 878 ثانیه افزایش یابد و زمان امن عملیاتی 14 دقیقه بیشتر شود. آزمایشات با توان الکتریکی متناوب (10 دقیقه روشن و 80 دقیقه خاموش) در چند چرخه گرمایش- سرمایش پیاپی و در توان­های بالا (10، 15 و 18 وات) نشان داد، حساسیت عملکرد چاه گرمایی به درصد حجمی PCM در توان­های بالا بسیار بیشتر از توان­های پایین است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Murshed S. S., & De Castro C. N., A critical review of traditional and emerging techniques and fluids for electronics cooling. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol.78, pp. 821-833, 2017.
[2] Sahoo S. K., Das M. K., & Rath P., Application of TCE-PCM based heat sinks for cooling of electronic components: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 59, pp. 550-582, 2016.
[3] Yang X.-H., Tan S.-C., He Z.-Z., Zhou Y.-X., & Liu J., Evaluation and optimization of low melting point metal PCM heat sink against ultra-high thermal shock. Applied Thermal Engineering, Vol.119, pp. 34-41, 2017.
[4] گچکاران آ.، جدا ف.، طراحی و بهینه‌سازی یکپارچه آب‌شیرین‌کن خورشیدی با ذخیره‌سازی انرژی گرمایی به کمک مواد تغییر فاز دهنده، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 49، ش. 1، ص 235-244، 1398.
[5] اشرفی م.، محمدیون ح.، دیبایی م.ح.، محمدیون م.، بهبود عملکرد گردآور خورشیدی و افزایش بهره وری انرژی خورشید با بکارگیری مواد تغییر فازی، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 51، ش. 1، ص 29-38، 1400.
[6] Sharma A., Tyagi V. V., Chen C., & Buddhi D. Review on thermal energy storage with phase change materials and applications. Renewable and Sustainable energy reviews, Vol.13, No. 2, pp. 318-3., 2009.
[7] معین جهرمی م.، رحمانیان س.، برزگرلو کوهی ص.، تحلیل اثر هندسه جاذب حرارتی با بکارگیری مبردهای نانوسیال و مواد تغییر فاز دهنده ‏میکروکپسوله بر عملکردهای پنل های فتوولتائیک-حرارتی،  مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، 1399.
[8] Agyenim F., Hewitt N., Eames P., & Smyth M., A review of materials, heat transfer and phase change problem formulation for latent heat thermal energy storage systems (LHTESS). Renewable and sustainable energy reviews, Vol.14, No. 2, pp. 615-628, 2010.
[9] Wei  L. C., & Malen J. A., Amplified charge and discharge rates in phase change materials for energy storage using spatially-enhanced thermal conductivity. Applied energy, Vol. 181, pp. 224-231, 2016.
[10] Arshad A., Ali H. M., Khushnood S., & Jabbal M., Experimental investigation of PCM based round pin-fin heat sinks for thermal management of electronics: effect of pin-fin diameter. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 117, pp. 861-872, 2018.
[11] Hosseinizadeh S., Tan F., & Moosania S., Experimental and numerical studies on performance of PCM-based heat sink with different configurations of internal fins. Applied Thermal Engineering, Vol. 31, pp. 3827-3838, 2011.
[12] Nayak K., Saha S., Srinivasan K., & Dutta P., A numerical model for heat sinks with phase change materials and thermal conductivity enhancers. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 49, pp. 1833-1844, 2006.
[13] Saha S., Srinivasan K., & Dutta P. Studies on optimum distribution of fins in heat sinks filled with phase change materials. Journal of Heat Transfer, Vol. 130, No. 3, 2008.
[14] Gharbi S., Harmand S., & Jabrallah S. B., Experimental comparison between different configurations of PCM based heat sinks for cooling electronic components. Applied Thermal Engineering, Vol, 87, pp. 454-462, 2015.
[15] Pakrouh R., Hosseini M. J., & Ranjbar A. A., A parametric investigation of a PCM-based pin fin heat sink. Mech. Sci., Vol. 6, No.1, pp. 65-73, 2015.
[16] Mahrous A., Thermal performance of PCM based heat sinks. Int J Mech Eng, Vol. 2, No. 4, 2013.
[17] Kalbasi R., & Salimpour M. R., Constructal design of horizontal fins to improve the performance of phase change material rectangular enclosures. Applied Thermal Engineering, Vol. 91, pp. 234-244, 2015.
[18] Wu W., Zhang G., Ke X., Yang X., Wang Z., & Liu C., Preparation and thermal conductivity enhancement of composite phase change materials for electronic thermal management. Energy Conversion and Management, Vol. 101, pp. 278-284, 2015.
[19] Ali H. M., & Arshad A., Experimental investigation of n-eicosane based circular pin-fin heat sinks for passive cooling of electronic devices. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 112, pp.649-661, 2017.
[20] Arshad A., Ali H. M., Ali M., & Manzoor S., Thermal performance of phase change material (PCM) based pin-finned heat sinks for electronics devices: Effect of pin thickness and PCM volume fraction. Applied Thermal Engineering, Vol.112, pp. 143-155., 2017.
[21] Arshad A., Ali H. M., Yan W.-M., Hussein A. K., & Ahmadlouydarab M., An experimental study of enhanced heat sinks for thermal management using n-eicosane as phase change material. Applied Thermal Engineering, Vol. 132, pp. 52-66., 2018.
[22] Ali H. M., Arshad A., Jabbal M., & Verdin P. G., Thermal management of electronics devices with PCMs filled pin-fin heat sinks: a comparison. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.117, pp. 1199-1204, 2018.
[23] Ashraf M. J., Ali H. M., Usman H., & Arshad A., Experimental passive electronics cooling: parametric investigation of pin-fin geometries and efficient phase change materials. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.115, pp.251-263., 2017.
[24] Baby R., & Balaji C. a., Experimental investigations on phase change material based finned heat sinks for electronic equipment cooling. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 55, pp. 1642-1649, 2012.
[25] Fok S., Shen W., & Tan F., Cooling of portable hand-held electronic devices using phase change materials in finned heat sinks. International Journal of Thermal Sciences, Vol.49, No. 1, pp.109-117 , 2010.
[26] Baby R., & Balaji C. b., Thermal management of electronics using phase change material based pin fin heat sinks. Paper presented at the Journal of Physics: Conference Series, 2012.
[27] Baby R., & Balaji C., Thermal optimization of PCM based pin fin heat sinks: an experimental study. Applied Thermal Engineering, Vol. 54, No. 1, pp. 65-77, 2013.
[28] Baby R., & Balaji C., Thermal performance of a PCM heat sink under different heat loads: an experimental study. International Journal of Thermal Sciences, Vol. 79, pp. 240-249, 2014.
[29] Srikanth R., Nemani P., & Balaji C., Multi-objective geometric optimization of a PCM based matrix type composite heat sink. Applied energy, Vol. 156, pp. 703-714, 2015.
[30] Hu J., Guo T., Zhu Y., Hu R., Luo X., & Cheng T., Effect of melting temperature and amount of the phase change material (PCM) on thermal performance of hybrid heat sinks, Paper presented at the 15th International Conference on Electronic Packaging Technology,2014.
[31] Sari A., Kaygusuz K., Thermal energy storage system using stearic acid as a phase change material. Solar Energy, Vol.71, No.6, pp. 365-376, 2001.
[32] Chen Z., Cao L., Shan F., Fang G., Preparation and characteristics of microencapsulated stearic acid as composite thermal energy storage material in buildings. Energy and Buildings, Vol. 6, pp. 469-474, 2013.
[33] Sharma A., Sharma S., & Buddhi D., Accelerated thermal cycle test of acetamide, stearic acid and paraffin wax for solar thermal latent heat storage applications. Energy Conversion and Management. Vol. 43, No. 14, pp. 1923-1930, 2002.
[34] Sharma S., Buddhi D., & Sawhney R., Accelerated thermal cycle test of latent heat-storage materials. Solar Energy, Vol. 66, No. 6, pp. 483-490, 1999.
[35] Sarı A., Kaygusuz K., Some fatty acids used for latent heat storage: thermal stability and corrosion of metals with respect to thermal cycling. Renewable Energy, Vol. 28, No. 6, pp. 939-948, 2003.