Skip to main content
SUPERVISOR
Mohamadreza Salimpour,Ebrahim Shirani
محمدرضا سلیم پور (استاد راهنما) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Sayedeh Mahsa Farzaneh Dehkordi
سیده مهسا فرزانه دهکردی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Constructal Design of Reverting Microchannels for Convective Cooling of a Square Piece
Heat and fluid flow are widely used in many industrial applications.With developing the production of micro and nano scale pieces, improvement in their thermal performance is one of the most important topics. These pieces could be used in the electronic, computer and electromechanical systems. The speed of processors in these pieces relates directly to their temperature, so keeping in the appropriate temperature is necessary. The target is to reach the maximum heat transfer rate with considering some limitations such as cooling channels volume, constant heat flux, and the actual temperature of the piece. Various methods were suggested for optimization of electronic systems with high heat flux production. One of the useful methods to improve heat transfer in electronic devices in various configurations is the use of channels with smaller dimensions down to micro and nano scales because of high heat transfer coefficient. For example, using forced convection inside the micro-channels as the heat sink has been proposed for cooling the electronic pieces that have a high temperature. The micro-channels arrangement has a sensible effect on heat transfer rate. Constructal theory is a method of geometrical optimization with iire of nature. The constructal theory concepts, which introduced first by Bejan, deals dominantly with shapes and geometry of flow structures. In the constructal theory, flow structure is developed to access the best performance during time. The designer assembles system components to achieve the maximum performance. In this project convective heat transfer cooling of a square shape piece with internal heat generation was considered. The coolant enters at the center of the piece and flows through the diagonal channel path. Distributed fluid is used again for cooling by the second fluid collector network that located below the first microchannels network. Flow enters the reverting channels by vertical interconnections. It merges again successively into a larger channel until it leaves the network through the central region. The purpose of this study is the analysis of the system configuration somehow the thermal resistance reaches its minimum value. In this project, number of branches, length and width ratio in each branch in tree network are investigated. Using of reverting microchannels led to considerable decrement in maximum temperature. The computed results show that the number of branches had a noticeable effect on the maximum value and uniformity of temperature. In the channels with high pressure drop, the contribution of mass flow is lower, so the temperature of zones near these channels increases. Keywords: Constructal theory, Square piece, Convective cooling, geometrical optimization
با گسترش و توسعه ی علوم و ساخت قطعات در ابعاد کوچک، لزوم بررسی خنک کاری این قطعات کوچک که گاهی ابعادی در حد میکرو و نانو دارند به چشم می خورد. این قطعات برای استفاده در زمینه های متعدد از جمله الکترونیک و مدارهای به کار رفته در کامپیوتر و سیستم های الکترومکانیکی کاربرد دارند. سرعت عملکرد این قطعات رابطه ی مستقیمی با دمای آنها دارد و نگه داشتن آنها در یک سطح دمای مطلوب بسیار مهم است. هدف تحقیقات در این زمینه ایجاد انتقال گرمای بیشتر از یک فضای مشخص تحت قیود حاکم بر سیستم است. این قیود معمولا حجم اشغال شده توسط میکروکانال ها، دمای کاری ماکزیمم قطعه و شار حرارتی ثابت می باشد. روش های گوناگونی برای بهبود فرایند خنک کاری سیستم های الکترونیکی با تولید شار حرارتی بالا و اندازه فشرده پیشنهاد شده است. از میان این روش ها، میکروکانال جاذب حرارت به علت ضریب انتقال حرارت بالا توجه زیادی را به خود جلب کرده است. یکی از روش ها در بهینه سازی ویژگی های هندسی میکروکانال ها، استفاده از تئوری ساختاری می باشد. تئوری ساختاری بر روی تولید ساختارهای بهینه ی جریان ها تمرکز می کند. طراح یک سیستم اجزای آن را گرد می آورد و به بهینه سازی چینش آنها برای رسیدن به حداکثر عملکرد ممکن می پردازد. در پروژه پیش رو با استفاده از تئوری ساختاری، خنک کاری یک قطعه ی مربع شکل با تولید حرارت داخلی توسط مکانیزم انتقال حرارت جابجایی بررسی می شود. سیال از مرکز وارد شده و در امتداد کانال های قطری جریان می یابد، سپس سیال توزیع شده از طریق شبکه کانال کشی دومی که در زیر شبکه اول قرار دارد و به عنوان جمع کننده سیال به کار می رود، دوباره برای خنک کاری مورد استفاده قرار می گیرد. جریان به مجاری بازگشتی توسط اتصالات عمودی وارد می شود و به صورت پی در پی با مجرای بزرگ تر ادغام می شود تا زمانی که دوباره شبکه را از ناحیه مرکزی ترک کند. هدف، تحلیل چگونگی پیکربندی سیستم می باشد، به گونه ای که مقاومت حرارتی کمترین مقدار خود را داشته باشند. نسبت طول مسیرها، نسبت عرض کانال ها در هر انشعاب در شبکه درختی و یافتن محل انشعاب از جمله پارامترهایی است که در این پروژه مورد بررسی قرار گرفته است. نتیجه کلی بدین صورت است که استفاده از میکروکانال های برگشتی موجب کاهش دمای ماکزیمم بدون بعد به میزان قابل توجهی شد. با استفاده از سیستم کانال کشی با یک مرحله انشعاب دمای ماکزیمم کمتر و توزیع دمای یکنواخت تری حاصل می شود. با ایجاد دو مرحله انشعاب نسبت تغییرات دما و همچنین افت فشار کاهش می بابد. کلمات کلیدی : تئوری ساختاری، انتقال حرارت جابجایی، بهینه سازی هندسی، میکروکانال جاذب حرارت، قطعه ی مستطیلی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی