Skip to main content
SUPERVISOR
Ebrahim Shirani,Mohamadreza Salimpour
ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد مشاور) محمدرضا سلیم پور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Morteza Sharifhasan
مرتضی شریف حسن

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Constructal Design of Heat and Fluid Flow in Micro-channel Heat Sinks
Many ideas have been suggested to improve the cooling technology of electronic components with high heat flux generation and compact size. Among these ideas, micro-channel heat sinks drew more attention because of high heat transfer coefficients and low coolant requirements. For optimization of micro-channel heat sinks, different algorithms and methods have been used. One of these methods is the constructal theory. Electrokinetic effects are important for micro- and nano-scale traort applications, so they should be considered. First part of the thesis is about the geometric optimization of an array of circular and non-circular ducts. As optimal dimensions were independent of the array configuration, the numerical simulation was performed on a unit cell. Numerical optimization for circular, square and isosceles right triangle cross-sections of channels was performed.The second part reports the numerical geometric optimization of three-dimensional micro-channel heat sinks with rectangular, elliptic and isosceles triangular cross-sections. The cross-sectional areas of the mentioned micro-channels can change regarding to the degrees of freedom, i.e. the aspect ratio and the solid volume fraction. Actually, the purpose of the geometric optimization is to determine the optimal values of these parameters in such a way that the peak temperature of the wall is minimized. The effects of solid volume fraction and pressure drop upon the aspect ratio, hydraulic diameter and peak temperature of the mentioned micro-channels are investigated. Considering the constraints and geometric parameters for the optimization of the present study, it was revealed that the micro-channel heat sinks with rectangular and elliptic cross-sections have similar performances while micro-channels with isosceles triangular cross-sections show weaker performances. The optimal shapes of all three kinds of the channels were achieved numerically and compared with the approximate results obtained from scale analysis which good agreements were observed.In the third section, in addition to the external structure, internal structure of the micro-channel was allowed to vary. In fact in this section, the optimum possible geometry of the micro-channel heat sink was acquired numerically by considering another degree of freedom of the micro-channel heat sink. It was noteworthy that the effect of variation of coolant fluid thermophysical properties on the characteristics of fluid flow and heat transfer was also considered. Finally the effect of Electrokinetic on the aspect ratio, channel hydraulic diameter and peak temperature was investigated Keywords: Constructal, non-circular micro-channel, heat sink, optimal shape, Electrokinetic.
با رشد و توسعه سریع در تکنولوژی محاسباتی، تجهیزات الکترونیکی علاوه بر کوچکتر شدن و تجمع بیشتر پیشرفته تر نیز شدند. اما این کوچک سازی و تجمع گرمای بیشتری به ازای واحد سطح تولید می کند. در نتیجه دمای کاری اجزای الکترونیکی ممکن است از سطح دمای مطلوب بیشتر شود. از آنجائیکه عملکرد این تجهیزات رابطه مستقیمی با دما دارد، نگه داشتن آن ها در سطح دمای قابل قبول بسیار مهم است. ایده‌های زیادی برای بهبود تکنولوژی خنک کاری تجهیزات الکترونیکی با تولید شار حرارتی بالا و اندازه فشرده پیشنهاد شده است. از میان این ایده ها، میکروکانال جاذب حرارت به علت ضریب انتقال حرارت بالا و نیاز به ماده مبرد کم توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. در بهینه سازی میکروکانال ها از الگوریتم ها و روش های مختلفی استفاده می شود؛ یکی از این روش ها، تئوری ساختاری می باشد. به علت اثر مهم میدان الکتروسینتیک در جریان‌های میکرو و نانو، این اثر در مدل سازی این نوع جریان‌ها باید در نظر گرفته شود. در پژوهش حاضر در بخش اول به صورت تحلیلی و عددی انداز? بهینه مسیر برای کانال هایی با سطح مقطع مربع، دایره و مثلث متساوی الساقین راست گوشه به نحوی تعیین شد که چیدمان میکروکانال ها بیشترین انتقال حرارت را در واحد حجم داشته باشد. در بخش دوم ابتدا هندسه بهینه میکروکانال های جاذب حرارت با سطح مقطع مستطیل، بیضی و مثلث به نحوی تعیین شد که مقاومت حرارتی کل مینیمم شود. سپس میکروکانال های جاذب حرارت ذکر شده در حالت بهینه با هم مقایسه شدند. در بخش سوم اثر درجات آزادی بر هندسه بهینه میکروکانال جاذب حرارت مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت در بخش چهارم هندسه بهینه میکرو کانال جاذب حرارت با وجود اثر میدان الکتروسینتیک تعیین شد . کلمات کلیدی: 1-ساختاری 2-میکروکانال غیر دایره‌ای 3-جاذب حرارت 4-شکل بهینه 5-میدان الکتروسینتیک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی