Abstract
In this study, the cooling of a mini pin finned heat sink in a channel is numerically investigated. In this context, different analyzes were made for square, pentagonal and hexagonal fin geometries, Reynolds number 500-1800, air inlet temperature 298-304 K, heat flux 5000-30000 W/m2 and fin height 2-8 mm. In this way, the effects of changes in many different parameters such as fin geometry, Reynolds number, heat flux, fluid inlet temperature, fin height, fin arrangement on heat transfer were investigated together. As a result, it has been determined that the geometry with hexagonal fins has better thermal performance than the other geometries examined. It was observed that the increase in Reynolds number and fin height increased the heat transfer coefficient. It was determined that increasing the air inlet temperature negatively affected the heat transfer. It has been observed that the change in the distance between the fins affects the heat transfer, and when this distance is 2 mm, optimum thermal performance is achieved.
Keywords
References
- Cao, X., Liu, H., Shao, X., & Shi, H. (2022). Experimental and numerical ınvestigation on the heat transfer enhancement for mini-channel heat sinks with tessellated fins. Applied Thermal Engineering, 211, 118353. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118353
- Chin, S., Foo, J., Lai, Y., & Yong, T. (2013). Forced convective heat transfer enhancement with perforated pin fins. Heat and Mass Transfer, 49, 1447–1458. https://doi.org/10.1007/s00231-013-1186-z
- Çengel, Y. A. (2004). Heat transfer a practical approach. (2nd ed.). New York:McGraw-Hill. Çengel, Y. A., & Cimbala J. M. (2006). Fluid mechanics fundamentals and applications. (3rd ed.). New York :McGraw-Hill.
- Foong, A. J. L., Ramesh, N., & Chandratilleke, T. T. (2009). Laminar Convective Heat Transfer in a Microchannel with Internal Longitudinal Fins. International Journal of Thermal Sciences, 48, 1908–1913. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2009.02.015
- Ghani, I. A., Sidik, N. A. C., Mamat, R., Najafi, G., Ken, T. L., Asako, Y., & Japar, W. M. A. A. (2017). Heat transfer enhancement in microchannel heat sink using hybrid technique of ribs and secondary channels. International Journal of Heat and Mass Transfer, 114, 640–655. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.06.103
- Güder, T.B. (2021). Farklı geometrilerdeki mikro kanatçık ısı emicili anakart işlemci modelinin soğutulmasının sayısal analizi. Yüksek Lisans Tezi. Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendislği Anabilim Dalı, Sivas 91s.
- Incropera, P.F., Dewitt, P. D., Bergman, L. T., & Lavine, S. A. (2007). Fundementals of heat and mass transfer. (6th ed.). NJ: John Wiley & Sons, Hoboken.
- Khonsue, O. (2018). Enhancement of the forced convective heat transfer on mini pin fin heat sinks with micro spiral fins. Heat Mass Transfer, 54, 563-570. https://doi.org/10.1007/s00231-017-2159-4
- Kotcioglu, I., Caliskan, S., & Baskaya, S. (2011). Experimental study on the heat transfer and pressure drop of a cross-flow heat exchanger with different pin–fin arrays. Heat Mass Transfer, 47, 1133-1142. https://doi.org/10.1007/s00231-011-0779-7
- Kutlu, Y. (2019). Bir kanal içindeki mini pim kanatçıklı ısı kaynağından olan zorlanmış taşınımla ısı transferinin nümerik olarak incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Ankara 141s.
- Moradikazerouni, A., Afrand, M., Alsarraf, J., Wongwises, S., Asadi, A., & Nguyen, K. (2019). Investigation of a computer cpu heat sink under laminar forced convection using a structural stability method. International Journal of Heat and Mass Transfer, 134, 1218-1226. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.02.029
- Naphon, P., & Khonseur, O. (2009). Study on the convective heat transfer and pressure drop in the micro-channel heat sink. International Communications in Heat and Mass Transfer, 36, s. 39–44. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2008.09.001
- Pan, Y., Zhao, R., Nian, Y., & Cheng, W. (2022). Study on the Flow and Heat Transfer Characteristics of Pin-Fin Manifold Microchannel Heat Sink. International Journal of Heat and Mass Transfer, 183, 122052. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.122052
- Yeşildal, F. (2017). Dikdörtgen ve altıgen kanatçıklı ısı alıcılarla ısı ve akış karakteristiklerinin deneysel ve teorik analizi. Yüksek Lisans Tezi. Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendislği Anabilim Dalı, Erzurum 156s.
- Zhao, J., Huang, S., Gong, L., & Huang, Z. (2015). Numerical study and optimizing on micro square pin-fin heat sink for electronic cooling. Applied Thermal Engineering, 93, 1347-1359. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.08.105
Abstract
Bu çalışmada bir kanal içerisinde bulunan mini pim kanatçıklı bir ısı alıcısının soğutulması sayısal olarak incelenmiştir. Bu kapsamda kare, beşgen ve altıgen kanatçık geometrileri için, Reynolds sayısının 500-1800, hava giriş sıcaklığının 298-304 K, ısı akısının 5000-30000 W/m2 ve kanatçık yüksekliğinin ise 2-8 mm aralıklarında farklı analizler yapılmıştır. Bu sayede kanatçık geometrisi, Reynolds sayısı, ısı akısı, akışkan giriş sıcaklığı, kanatçık yüksekliği, kanatçık dizilimi gibi birçok farklı parametrenin değişiminin ısı transferi üzerindeki etkileri birlikte incelenmiştir. Sonuç olarak altıgen kanatçığa sahip geometrinin incelenen diğer geometrilere oranla daha yüksek ısıl performans gösterdiği tespit edilmiştir. Reynolds sayısının ve kanatçık yüksekliğinin artışının ısı transfer katsayısını artırdığı tespit edilmiştir. Hava giriş sıcaklığının artırılmasının ise ısı transferini olumsuz etkilediği belirlenmiştir. Kanatçıklar arası mesafenin değişiminin ısı transferini etkilediği, bu mesafenin 2 mm olduğu durumda ise optimum ısıl performans sağlandığı gözlemlenmiştir.
Keywords
References
- Cao, X., Liu, H., Shao, X., & Shi, H. (2022). Experimental and numerical ınvestigation on the heat transfer enhancement for mini-channel heat sinks with tessellated fins. Applied Thermal Engineering, 211, 118353. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118353
- Chin, S., Foo, J., Lai, Y., & Yong, T. (2013). Forced convective heat transfer enhancement with perforated pin fins. Heat and Mass Transfer, 49, 1447–1458. https://doi.org/10.1007/s00231-013-1186-z
- Çengel, Y. A. (2004). Heat transfer a practical approach. (2nd ed.). New York:McGraw-Hill. Çengel, Y. A., & Cimbala J. M. (2006). Fluid mechanics fundamentals and applications. (3rd ed.). New York :McGraw-Hill.
- Foong, A. J. L., Ramesh, N., & Chandratilleke, T. T. (2009). Laminar Convective Heat Transfer in a Microchannel with Internal Longitudinal Fins. International Journal of Thermal Sciences, 48, 1908–1913. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2009.02.015
- Ghani, I. A., Sidik, N. A. C., Mamat, R., Najafi, G., Ken, T. L., Asako, Y., & Japar, W. M. A. A. (2017). Heat transfer enhancement in microchannel heat sink using hybrid technique of ribs and secondary channels. International Journal of Heat and Mass Transfer, 114, 640–655. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.06.103
- Güder, T.B. (2021). Farklı geometrilerdeki mikro kanatçık ısı emicili anakart işlemci modelinin soğutulmasının sayısal analizi. Yüksek Lisans Tezi. Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendislği Anabilim Dalı, Sivas 91s.
- Incropera, P.F., Dewitt, P. D., Bergman, L. T., & Lavine, S. A. (2007). Fundementals of heat and mass transfer. (6th ed.). NJ: John Wiley & Sons, Hoboken.
- Khonsue, O. (2018). Enhancement of the forced convective heat transfer on mini pin fin heat sinks with micro spiral fins. Heat Mass Transfer, 54, 563-570. https://doi.org/10.1007/s00231-017-2159-4
- Kotcioglu, I., Caliskan, S., & Baskaya, S. (2011). Experimental study on the heat transfer and pressure drop of a cross-flow heat exchanger with different pin–fin arrays. Heat Mass Transfer, 47, 1133-1142. https://doi.org/10.1007/s00231-011-0779-7
- Kutlu, Y. (2019). Bir kanal içindeki mini pim kanatçıklı ısı kaynağından olan zorlanmış taşınımla ısı transferinin nümerik olarak incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Ankara 141s.
- Moradikazerouni, A., Afrand, M., Alsarraf, J., Wongwises, S., Asadi, A., & Nguyen, K. (2019). Investigation of a computer cpu heat sink under laminar forced convection using a structural stability method. International Journal of Heat and Mass Transfer, 134, 1218-1226. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.02.029
- Naphon, P., & Khonseur, O. (2009). Study on the convective heat transfer and pressure drop in the micro-channel heat sink. International Communications in Heat and Mass Transfer, 36, s. 39–44. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2008.09.001
- Pan, Y., Zhao, R., Nian, Y., & Cheng, W. (2022). Study on the Flow and Heat Transfer Characteristics of Pin-Fin Manifold Microchannel Heat Sink. International Journal of Heat and Mass Transfer, 183, 122052. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.122052
- Yeşildal, F. (2017). Dikdörtgen ve altıgen kanatçıklı ısı alıcılarla ısı ve akış karakteristiklerinin deneysel ve teorik analizi. Yüksek Lisans Tezi. Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendislği Anabilim Dalı, Erzurum 156s.
- Zhao, J., Huang, S., Gong, L., & Huang, Z. (2015). Numerical study and optimizing on micro square pin-fin heat sink for electronic cooling. Applied Thermal Engineering, 93, 1347-1359. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.08.105
Details
| Primary Language | Turkish |
|---|---|
| Subjects | Mechanical Engineering |
| Journal Section | Mechanical Engineering |
| Authors | |
| Publication Date | June 3, 2023 |
| Submission Date | September 7, 2022 |
| Published in Issue | Year 2023 |