Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Haghshenas fard,Mohsen Nasresfahany
مسعود حق شناس فرد (استاد راهنما) محسن نصراصفهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Zahra Yari ghale
زهرا یاری قلعه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Numerical investigation of hydraulic and heat transfer parameters of nanofluids in microchannel heat sinks (MCHSs) using CFD analysis
By decreasing the size of electronic devices, the generated heat per volume unit increases, and as electronic devices became smaller, heat removal of them became a critical factor for reliable operation. Micro?channel heat sink (MCHS) systems are one of the most suitable apparatus to remove high heat load from electronic devices. A micro channel heat sink is a passive device contains some parallel micro?channels with large thermal capacity and with a large surface area relative to its volume. Geometry of the channels and type of coolant are two effective factors on the thermal performance of the heat sink systems. Therefore, in this work, the effects of these parameters on the thermal performance of heat sink are investigated. The hydrodynamics and heat transfer parameters of nanofluids are investigated numerically using CFD analysis. Laminar convective heat transfer of pure water and 1% and 2% volume fraction of Alumina-water nanofluids in a straight micro?channel heat sink under constant wall heat flux condition is studied. This work is performed in two parts. In the first part, the single-phase and two-phase approaches have been used for modeling of heat transfer of pure water and Alumina-water nanofluids in a straight micro channel. The results of simulation are compared with the experimental data. The results showed that CFD predictions via two-phase model shows better agreement with the experimental measurements. In nanofluid with 1% concentration, the average relative error between the experimental data and CFD results based on two-phase model is 11.39% while for nanofluid with 2% concentration is 2%. In the second part of this work, the effect of ribs through the microchannel is investigated. The effects of the geometry and dimensions of the ribs on the Nusselt number and friction factor in the microchannel are studied. Results showed that channel with 5 ribs with aspect ratio of 2.857 has the best thermal performance. Keywords: micro?channel heat sink, nanofluid, two-phase mixture model, hydrodynamic parameter, heat transfer, rib-microchannel.
با رشد تکنولوژی کوچک سازی وسایل الکترونیکی و کاهش اندازه?ی آن?ها در دهه?های اخیر، میزان بار حرارتی تولیدی در این وسایل بسیار افزایش یافته?است که سبب آسیب زدن به این وسایل می?شود. بنابراین تلاش برای حذف هر چه بیشتر این گرما، به یکی از مهم?ترین دغدغه?های عصر حاضر تبدیل شده??است. یکی از مناسب?ترین سیستم?هایی که برای حذف گرمای اضافی تولید شده در طی چند دهه اخیر گسترش یافته?است، سیستم چاه گرمایی میکروکانالی می باشد. این سیستم?ها شامل مجموعه?ای از میکروکانال?ها است که در آرایه ای موازی قرار گرفته?اندو نیز سیالی است که به عنوان خنک کننده از داخل این میکروکانال?ها جریان یافته و حرارت تولید شده در قطعه الکترونیکی را با خود حمل می کند. هندسه میکروکانال?ها و نیز نوع سیال عامل، دو فاکتور مهم هستند که بر روی عملکرد حرارتی سیستم?های چاه گرمایی تأثیر می?گذارند. از این رو مطالعات صورت گرفته بر روی این سیستم?های حذف گرما، بر روی این دوعامل معطوف هستند تا اینکه با بهبود شرایط هریک، عملکرد حرارتی سیستم هر چه بیشتر افزایش یابد. کار حاضر ،یک بررسی عددی است که با استفاده از CFD انجام شده?است و به مطالعه پارامترهای هیدرودینامیکی و حرارتی جریان آب و نانوسیالات آلومینا-آب می?پردازد. شبیه سازی انجام شده بر روی جریان آرام آب و نانوسیالات %1 و %2 حجمی آب/آلومینا در داخل میکروکانالی مستقیم می باشد. دیواره?های کانال تحت شار حرارتی ثابت بوده و توان کل سیستم 100وات می?باشد. مطالعه صورت گرفته به دوبخش تقسیم شده است. در بخش اول شبیه سازی آب و نانوسیالات به روش یک فازی ودوفازی مخلوط در داخل میکروکانال مستقیم انجام شده?است و نتایج بدست آمده با داده?های تجربی موجود در منابع کتابخانه ای مقایسه شده است. نتیجه مقایسه?ها نشان داد که هردو شبیه سازی قادرند پارامترهای هیدرودینامیکی را تقریباً به طور یکسان و با دقت خوبی پیش?بینی نمایند. در رابطه با پارامترهای حرارتی نظیر ضریب انتقال حرارت باید گفت که روش دوفازی دقیق تر می باشد و تطابق بیشتری با داده?های تجربی داشت به طوری?که متوسط خطای حاصل از شبیه سازی دوفازی برای نانوسیال %1 و %2 به ترتیب %39/11 و % 2بود. در بخش دوم، به منظور بهره گیری از اثر پره?ها در افزایش انتقال حرارت، در داخل میکروکانال مستقیم، دندانه?هایی به عنوان پره در مسیر جریان قرار داده شد. با بررسی عدد ناسلت، ضریب اصطکاک و نیز فاکتور بهبود حرارتی، تأثیر حضور این دندانه?ها بر روی عملکرد میکروکانال و نیز عملکرد سیال عامل مورد بررسی قرار گرفت . همچنین، اثر اندازه وتعداد دندانه ها نیز بررسی شد ودر نتیجه آن، کانال دارای 5دندانه با نسبت ظاهری 857/2 دارای بهترین عملکرد حرارتی بود. کلمات کلیدی: چاه گرمایی میکروکانالی، نانوسیال، شبیه سازی دوفازی مخلوط، پارامترهای هیدرودینامیکی، انتقال حرارت، میکروکانال دندانه?دار

ارتقاء امنیت وب با وف بومی