Μελέτη μικτής συναγωγής σε συστήματα μοντέρνων ψηκτρών ψύξης ηλεκτρονικών με μεθόδους της υπολογιστικής ρευστοδυναμικής
Mixed convection heat transfer in modern electronics cooling heat sinks with methods of computational fluid dynamics
Διπλωματική εργασία
Συγγραφέας
Μπορομπόκας, Κωνσταντίνος
Ημερομηνία
2023-10-14Επιβλέπων
Sarris, IoannisΛέξεις-κλειδιά
Συναγωγή θερμότητας ; Υπολογιστική ρευστοδυναμική ; CFD ; Μεταφορά θερμότητας ; Μαθηματικό μοντέλο ; Autodesk Inventor ; Ψύξη επεξεργαστώνΠερίληψη
Η διπλωματική αυτή διατριβή μελετά τις επιπτώσεις της γεωμετρίας και του υλικού στην μέγιστη θερμοκρασία ενός κοινού επεξεργαστή και η διεξοδική διερεύνηση της μεικτής συναγωγής στα σύγχρονα συστήματα ψύξης ηλεκτρονικών συσκευών με τη χρήση μεθόδων υπολογιστικής ρευστοδυναμικής. Έχει χωριστεί σε 10 κεφάλαια που το καθένα πραγματεύεται ένα διαφορετικό ζήτημα. Αρχικά στην εισαγωγή γίνεται μια μικρή αναφορά στους ορισμούς που θα αναλυθούν εκτενής στο κεφάλαιο 2,αλλά και πως η μικτή συναγωγή αποκτά μεγάλη σημασία στις μέρες μας. Τέλος παρέχονται πληροφορίες σχετικά με τα όρια απόδοσης και τις δυνατότητες βελτίωσης, ενημερώνοντας για την καινοτόμο θερμική διαχείριση στα σύγχρονα ηλεκτρονικά συστήματα. Στο 2ο κεφάλαιο γίνεται μια εκτενής ανάλυση των φυσικών φαινομένων που συμβάλουν στην απαγωγή θερμότητας από ένα θερμό αντικείμενο. Στο 3ο κεφάλαιο γίνεται μια μικρή αναδρομή στην ιστορία και την ανάπτυξη των μοντέλων Cfd αλλά και στα τρέχοντα ερευνητικά κενά και προκλήσεις που παρουσιάζονται στις μέρες μας. Στο 4ο αναπτύσσεται εξονυχιστικά το μαθηματικό μοντέλο, στο οποίο βασίστηκε η προσομοίωση αυτής της διπλωματικής ,σε αυτό αναφέρονται όλες οι διαφορετικές εξισώσεις που χρησιμοποιήθηκαν για τα φυσικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα σε μία προσομοίωση μικτής συναγωγής. Στο 5ο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μεθοδολογία και οι γεωμετρίες που θα αποτελέσουν το πείραμα στο οποίο βασίζεται η διπλωματική. Στο 6ο κεφάλαιο θα αναπτυχθούν τα αποτελέσματα και η ανάλυση τους με σύγκριση των μέγιστων θερμοκρασιών που θα προκύψουν από τις γεωμετρίες και τα υλικά. Στο 7ο κεφάλαιο γίνεται μια απλή τεχνοοικονομική ανάλυση των υλικών και γεωμετριών. Στο 8ο κεφάλαιο έχουμε τις παρατηρήσεις που προκύπτουν. Στο 9ο κεφάλαιο παρουσιάζονται κάποιες προτάσεις για συνέχιση της εργασίας. Τέλος στο 10ο κεφάλαιο ολοκληρώνεται η διπλωματική με σύγχρονη βιβλιογραφία και πρόσφατα άρθρα που την επικαιροποιούν.
Περίληψη
This thesis studies the effects of geometry and material on the maximum temperature of a common processor and the thorough investigation of mixed convection in modern electronic device cooling systems using computational fluid dynamics methods. It has been divided into 10 chapters, each dealing with a different issue. Firstly, the introduction gives a brief mention of the definitions which will be discussed in detail in chapter 2,and how mixed convection is becoming very important nowadays. Finally, information on performance limits and improvement possibilities is provided, informing about innovative thermal management in modern electronic systems. Chapter 2 provides an extensive analysis of the physical phenomena that contribute to heat dissipation from a hot object. Chapter 3 reviews the history and development of Cfd models and the current research gaps and challenges that exist nowadays. In the 4th the mathematical model on which the simulation of this thesis was based is thoroughly developed ,in it all the different equations used for the physical phenomena that take place in a mixed convection simulation are mentioned. Chapter 5 presents the methodology and the geometries that will constitute the experiment on which the thesis is based. Chapter 6 will develop the results and their analysis by comparing the maximum temperatures obtained from the geometries and materials. In chapter 7 a simple techno-economic analysis of the materials and geometries is presented. In chapter 8 we have the resulting observations. In chapter 9 some suggestions for further work are presented. Finally in chapter 10 the thesis is concluded with modern literature and recent articles updating the thesis.