شبیه سازی عددی و مطالعه پارامتری انتقال گرمای جابجایی در یک چاه گرمایی میکروکانالی با پره های پین شده بیضوی

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تفرش، تفرش 39518-79611

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، بوشهر، ایران

3 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز53751-71379

چکیده

در این مقاله به شبیه سازی عددی انتقال گرمای جابجایی در چاه های گرمایی میکروکانالی پرداخته می شود. هدف اصلی مطالعه تاثیر قطر، فاصله بین پره ها و ارتفاع پره ها و همچنین سرعت سیال وروردی بر روی دمای متوسط پره ها، دمای میانگین سیال خروجی، تغییرات دمای سیال در راستای طولی میکروکانال و شار گرمایی عبوری از پره ها می باشد. بدین منظور، جریان سیال خنک کن (هوا) عبوری از یک چاه گرمایی میکروکانالی با پره های میله ای که دارای سطح مقطع بیضی شکل هستند و در یک چیدمان خطی قرار گرفته اند شبیه سازی سه بعدی می گردد. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که تغییرات قطر و فاصله پره ها و همچنین سرعت سیال ورودی تاثیر بسزایی در میزان انتقال گرمای چاه گرمایی دارد اما تغییرات دمایی ناشی از تغییر ارتفاع پره ها کم می باشد. با افزایش قطر بزرگ بیضی پره، دمای میانگین پره ها و سیال خروجی افزایش می یابد. همچنین، با افزایش فاصله بین دو پره، دمای میانگین پره ها و سیال خروجی به ترتیب افزایش و کاهش می یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]       Seyf H.R., Layeghi M., Numerical analysis of convective heat transfer from an elliptic pin fin heat sink with and without metal foam insert. J. of Heat Transfer, 132: 1-9, 2010.
[2]       Knight R.W., Goodling J.S., Hall D.J., Optimal thermal design of forced convection heat sinks – analytical. ASMEJournal of Electron. Packaging, 113: 313–321, 1991.
[3]       Bejan A., Morega A.M., Optimal arrays of pin fins and plate fins in laminar forced convection. ASME Journal of Heat Transfer, 115: 75–81, 1993.
[4]       Lee D.Y., Vafai K., Comparative analysis of jet impingement and microchannel cooling for high heat flux applications, Int J Heat Mass Transf , 42: 1555–1568, 1999.
[5]       Mudawar I., Sung-Min K., Analytical heat diffusion models for different micro-channel heat sink cross-sectional geometries. Int J Heat Mass Transf, 53 (19–20(: 4002– 4016, 2010.
[6]       Zulk ., Koneke T., Mertens A., Analytical modeling of plate fin heat sinks for natural convection cooling in power electronics, Vehicle Power and Propulsion Conference, China, 2016.
[7]       Chen H., Wang C., Analytical analysis and experimental verification of interleaved parallelogram heat sink. Appl Therm Eng, 112: 739-749, 2017.
[8]       Babaelahi M., Eshraghi H., Optimum analytical design of medical heat sink with convex parabolic fin including variable thermal conductivity and mass transfer. Extreme Mechanics Letters, (accepted), 2017.
[9]       Go JS, Kim SJ, Lim G, Yun H, Lee J, Song I, Pak YE, Heat Transfer Enhancement Using Flow-induced Vibration of a Micro fin Array. Sens Actuators A Phys 90: 232-239, 2001.
[10]    Prasher R.S., Dirner J., Chang I.-Y., Myers A., Chau D., He D., Prstic S., Pfefferkorn F., Nusselt Number and Friction Factor of Staggered Arrays of Low Aspect Ratio Micro pin-Fins Under Cross Flow For Water as Fluid. J. of Heat Transfer, 129: 141-153, 2007.
[11]    Chiu H, Jang J, Yeh H, Wu M, The heat transfer characteristics of liquid cooling heat sink containing micro channels. Int J Heat Mass Transf, 54 (1–3): 34–42, 2011.
[12]    Shaalan M.R., Saleh M.A., Mesalhy O., Elsayed M.L., Thermo/fluid performance of a shielded heat sink.  Int J Therm Sci 60: 171–181, 2012.
[13]    Mousa MM, Mostafa AA, Air cooling of mini-channel heat sink in electronic devices. Journal of Electronics Cooling and Thermal Control, 10: 49-57, 2013.
[14]    Srikanth R., Balaji C., Experimental investigation on the heat transfer performance of a PCM based pin fin heat sink with discrete heating. Int J Therm Sci, 111: 183-203, 2017.
[15]    Jadhav S.V., Pawar P.M., Ronge B.P., Effect of pin-fin geometry on microchannel performance. Chem Prod Process Model, 20180016, 2018.
[16]    Ermagan H., Rafee R., Geometric optimization of an enhanced microchannel heat sink with superhydrophobic walls. Appl Therm Eng, 130, 384-394, 2018.
[17]    Ermagan H., Rafee R., Effect of pumping power on the thermal design of converging microchannels with superhydrophobic walls. Int J Therm Sci, 132, 104-116, 2018.
[18]    Shalchi-Tabrizi A., Seyf H.R., Analysis of entropy generation and convective heat transfer of Al2O3 nanofluid flow in a tangential micro heat sink. Int J Heat Mass Transf, 55: 4366–4375, 2012.
[19]    Shafeie H, Abouali O, Jafarpur K, Ahmadi G, Numerical study of heat transfer performance of single-phase heat sinks with micro pin-fin structures. Appl Therm Eng 58 (1–2): 68–76, 2013.
[20]    Matsumoto N., Tomimura T., Koito Y., Heat Transfer characteristics of square micro pin fins under natural convection. Journal of Electronics Cooling and Thermal Control, 4: 56-59, 2014.
[21]    Riera S., Barrau J., Omri M., Fréchette LG, Rosell JI, Stepwise varying width microchannel cooling device for uniform wall temperature: Experimental and numerical study. Appl Therm Eng, 78: 30–38, 2015.
[22]    Zhao J., Huang S., Gong L., Huang Z., Numerical study and optimizing on micro square pin-fin heat sink for electronic cooling, Appl Therm Eng, 93: 1347–1359, 2016.
[23]    Jianxin Z., Lixia S., Modelling and numerical simulations of heat distribution for LED heat sink. Discrete Dyn Nat Soc, 3468246: 1-8, 2016.
[24]    Wen M., Yeh C., Numerical study of thermal performance of perforated circular pin fin heat sinks in forced convection. Heat Mass Transfer, 53 (6): 2031-2044, 2017.
[25]    Dhaidan N.S.,  Khodadadi J.M., Improved performance of latent heat energy storage systems utilizing high thermal conductivity fins: A review. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 9(3), 2017.
[26]    Sundaram A.S., Bhaskaran A., Thermal modeling of thermosyphon integrated heat sink for CPU cooling. Journal of Electronics Cooling and Thermal Control, 15-21, 2011.
[27]    Kosar A, Peles Y, Thermal-Hydraulic Performance of MEMS-based Pin Fin Heat Sink. J. of Heat Transfer, 128 (2): 121-131, 2006.
[28]    H.H. Jasim, M.S. Söylemez, Thermal enhancement from pin fins by using elliptical perforations with different inclination angles. Heat Tran Asian Res, 47, 165-184, 2018.
[29]    Yang K., Chu W., Chen I., Wang C., A comparative study of the airside performance of heat sinks having pin fin configurations. Int J Heat Mass Transf, 50: 4661–4667, 2007.
[30]   ANSYS Fluent Theory Guide, Release 17.0, ANSYS, Inc., 2016.