[기계공학 - 열전달] 마이크로채널 쿨러 설계 프로젝트

소개

열전달 설계 프로젝트로
Microchannel cooler를 설계에 관한 레포트 입니다.
Ansys Fluent 시뮬레이션을 활용하였습니다.

목차

1. Introduction

2. Background
2.1 Internal flow
2.2 Base case

3. Results
3.1 Base case 분석
3.2 변수에 따른 경향성
3.3 Coolant 비교
3.4 fin에서 solid 재료에 따른 차이
3.5 fin design

4. Discussion
4.1 Base case 분석
4.2 변수 선정
4.3 coolant 비교
4.4 fin에서 solid 재료에 따른 차이
4.5 fin design

5. Conclusion

6. Reference

본문내용

1. Introduction
Microchannel cooler는 전자 제품 등의 온도를 낮추는 부분에서 사용된다. 전자 제품에서 높은 온도는 제품의 효율과 수명을 감소시킨다. 따라서 Microchannel cooler를 통해 제품에서의 열을 방출하고 표면의 온도를 줄여주는 것이 중요하다.
한편, cooler에서 관내로 유체를 유동시키기 위해서는 벽면과의 마찰로 인해 pump를 통한 동력이 필요하다. 동력은 channel의 입구와 출구의 압력 차이를 통해 구할 수 있다.
따라서, Microchannel에 유체를 보내고 channel의 윗면에서 일정한 heat flux가 가해질 때, Base case, 핀을 추가하여 표면적을 넓힌 case에서 ANSYS Fluent 시뮬레이션을 통해 유체의 속도 분포, 입구와 출구에서의 압력차이, 표면의 온도를 확인한다. 이를 통해 가장 좋은 쿨러를 찾는다.

<중 략>

4.2 변수 선정
초기 속도는 커질수록, Y는 작아질수록 같은 경향을 보였다. 그러므로 표면 온도와 power를 동시에 낮출 수 없다고 고려했다.
Y에 따른 변화에서 Y가 1mm에서 2mm로 갈 때의 Power차이가 2mm에서 4mm로 갈 때 차이보다 크고 1mm일 때와 2mm일 때 평균 표면 온도도 595.05K, 615.35K 대략 20K으로 크기에 비해 차이가 크지 않다고 판단해서 Y=2mm로 고정하였다.
power를 낮추려고 하면 Y에 따라 초기 속도의 최댓값이 결정된다. 따라서, Y=2mm, X=2cm인 것에 맞추어 상용화 되는 micro pump들 중에서 가장 낮은 Pump power인 2W로 power를 고정하였다[4]. 이 후, 표면 온도를 크게 낮춰 줄 수 있는 속도의 최댓값을 찾아 Table 2에 정리했다.
4.3 coolant 비교
물이 x=X위치에서도 290.3K 가지며 같은 power일 때 가장 좋은 냉각 성능을 보였다. 압력 차이는 그만큼 gas들에 비해 대략 10배 이상 크지만 그만큼 속도도 작다.

참고자료

· FRANK P. INCROPERA. (2014). Foundations of Heat Transfer 6 ed. Wiley. pp485~530.
· Shah, R. K., & London, A. L. (1978). Laminar flow forced convection in ducts. Academic press.
· Adham, A. M., Mohd-Ghazali, N., & Ahmad, R. (2013). Thermal and hydrodynamic analysis of microchannel heat sinks: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 21, 614-622.
· TCS Micropumps ltd.
· http://www.micropumps.co.uk/DATA/pdf/DS14%20-%20Selection%20Comparison%20Guide%20REV%201%20SMALL.pdf