HEAT AERODYNAMIC EFFICIENCY OF HEATING SURFACES FOR COOLING OF ELECTRONIC DEVICE ELEMENTS

О.М. Терех; В.А. Рогачов; О.В. Баранюк; Ю.В. Жукова; О.І. Руденко

doi:10.20535/1813-5420.4.2020.233602

Автор(и)

О.М. Терех Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна https://orcid.org/0000-0002-1320-8594
В.А. Рогачов Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна https://orcid.org/0000-0001-5489-874X
О.В. Баранюк Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна https://orcid.org/0000-0001-6008-6465
Ю.В. Жукова Державна наукова установа «Інститут тепло і масообміну ім. А.В. Ликова НАН Білорусі», Мінськ, Білорусь, Білорусь https://orcid.org/0000-0003-1219-6373
О.І. Руденко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна https://orcid.org/0000-0002-8541-9710

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.4.2020.233602

Ключові слова:

тепловідвідна поверхня, теплоаеродинамічна ефективність, пластичасто-розрізні ребра, сітчасто - дротові ребра, голчасто-штирьові ребра, перегрів поверхні, порівняльні залежності

Анотація

У статті проведений порівняльний аналіз теплоаеродинамічної ефективності малогабаритних теплообмінних поверхонь (радіаторів) з різним типом оребрення, які працюють в умовах вимушеної конвекції. Розглянуті пластинчасто-ребристі, голчасто-штирьові, сітчасто-дротові та пластинчасто- розрізні поверхні. Зіставлені поверхні мають приблизно однакові габарити, ребра розміщені на плоскій основі розміром 70х70 мм, висота ребер складає 35 мм. Розсіювана теплова потужність та швидкість охолоджуючого потоку змінюються, відповідно, у межах (20 – 80) Вт та (1,5 – 10) м/с, а аеродинамічний опір складає (5- 75) Па. Досліджені поверхні з пластинчасто-розріним оребренням з кроком між ребрами 6,9; 5,0: 2,5 мм, товщиною ребра 1,4; 0,55 мм, глибиною розрізки від вершини ребра 14; 21; 28 мм і кутами повороту розрізаних ділянок ребер до набігаючого потоку 30о та 45о. В якості критеріїв ефективності вибрані: температура перегріву основи поверхні по відношенню до температури навколишнього середовища та комплексний параметр αпр·Y, що враховує геометричні та теплофізичні характеристики поверхонь. Порівняльний аналіз показав, що неповне розрізання пластинчатих ребер і поворот їх розрізаних частин на певний кут до охолоджуючого потоку призводить до підвищення теплоаеродинамічної ефективності. Найбільшою тепловою ефективністю серед пластинчасто-розрізних поверхонь відзначається поверхня з відносною глибиною розрізки hР/h = 0,6, без повороту ділянок ребер (j = 0°), кроком між ребрами s = 2,5 мм і товщиною ребра δ=0,55 мм. Її ефективність на (20 – 35) % вище, ніж у гладко-ребристій поверхні з параметрами hР/h = 0; j= 0, s = 2,5 мм, δ=0,55 мм. Порівняно з пластинчасто-розрізними поверхнями, що мають інші параметри оребрення, її ефективність в середньому вище на (50 – 65) %. Голчасто - штирьова поверхня за ефективністю знаходиться трохи вище за пластинчасто-ребристі з s = 6,9 мм, δ=1,4 мм та s = 5,0 мм, δ=0,55 мм, проте, нижче на (15 – 25)% пластинчасто-розрізних поверхонь, які мають міжреберний крок 6,9 та 5,0 мм, товщину ребра 1,4 та 0,55 мм, кути повороту 300, 450 і глибину розрізки 14; 21; 28мм. Найгірші результати за теплоаеродинамічною ефективністю показали сітчасто-дротові поверхні.

Посилання

Dul’nev, H.N., Tarnovsky, N.N. (1971). Termal conditions of in electronic equipment. Textbook for students of higher educational institutions. Leningrad, USSR, Energy Press, 248.

Dul’nev, H.N. (1984). Heat and mass transfer in electronic equipment. Moscow, USSR, High school Press, 246.

Chernyshev, A.A., Ivanov, V.I., Aksenov, A.I., Glushkova, D.N. (1989). Providing termal conditions for electronic product. Moscow, USSR, Energy Press, 216.

Pismennyi, E.N., Burley, V.D., Terekh, A. M., Rohachev, V.A., Rudenko, A.I. (2003). Influence of cutting, bends and turn of the fins on the heat-aerodynamic parameters of the surfaces of heat transfer. Industrial Heat Engineering, Vol. 25, No 1, 10-16.

Pismennyi, E. N., Burley, V. D., Terekh, A. M., Baranyuk, A. V., Tsvyashenko, E. V. (2005). Heat transfer of flat-plating surfaces with cut fins at force convection. Industrial Heat Engineering, Vol. 27, No 4, 11- 16.

Baranyuk, A.V., Pismennyi, E.N., Terekh, A. M., Rohachev, V.A., Burley, V.D. (2006). Aerodynamic drag of flat-plating surfaces with cut fins at force convection. Industrial Heat Engineering, Vol. 28, No 4, 29-33.

Baranyuk, A.V., Pismennyi, E.N., Terekh, A. M., Rohachev, V.A., Burley, V.D. (2007). Termal- aerodynamic efficiency of new heat-removing surfaces with plate-split fins. Power Engineering: economics, technology, ecology, No. 1, 16-21.

Baranyuk, A.V. (2007). The heat exchange rate of longitudinally streamlined surfaces with plate-split fins. Eastern European Journal of Enterprise Technologies, No 4/3 (28), 4-10.

Baranyuk, A. V., Rohachov, V.A., Terekh, A.M., Rudenko, A.I. (2017). Numerical simulation of convective heat transfer and drag of surfaces with plate-cut fins. Bulletin of NTU “KhPI”. Power and heating engineering processes and equipment, No 9, 64-70.

Baranyuk, A.V., Nikolaenko, Yu.E., Rohachev, V.A., Terekh, A. M., Krukovskiy, P.G. (2019). Investigation of the flow structure and heat transfer intensity of surfaces with split plate finning. Thermal Science and Engineering Progress, V. 11, 28-39. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2019.03.018.

Terekh, A. M., Shapoval, O. E., Pismennyi, E.N. (2001). Mid-surface heat transfer of transversely streamlined of in-lined tube bundles with cut spiral fins. Industrial Heat Engineering, Vol. 23, No. 1-2, 35-41.

Shapoval, O. E., Pismennyi, E.N., Terekh, A. M. (2001). Aerodynamic drag of transversely streamlined of in-lined tube bundles with cut fins. Industrial Heat Engineering, Vol. 23, No. 4-5, 63-68.

Pismennyi, E.N., Terekh, A. M., Rohachev, V.A., Burley, V.D., Ral’chuk, V.V. (2007). Aerodynamic drag in staggered tube bundles with cut spiral fins. Industrial Heat Engineering, Vol. 29, No. 5, 30-35.

Pismennyi, E.N., Terekh, A. M., Rohachev, V.A., Burley, V.D., Gorashchenko, O.S. (2007). Heat transfer in staggered tube bundles with spiral cut fins. Industrial Heat Engineering, Vol. 29, No. 6, 15-22.

FENG LiLi, DU XiaoZe, YANG YongPing, YANG LiJun. (2011). Study heat transfer enhancement of discontinuos short wave finned flat tube. Science China. Technological Sciences, No12, 3281- 3288.doi.10.1007/s11431-011-4572-0.

Sakkarin Chingulpitak, Nares Chimres, Kitti Nilpueng, Somchai Wongwises. (2016). Experimental and numerical investigations of heat transfer and flow charecteristics of cross-cut heat sincs // International Journal of Heat and Mass Transfer, No 102, 142-153. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.05.098.

Pismennyi, E.N., Rohachev, V.A., Terekh, A. M., Burley, V.D., Razumovskyi V. G. (2002). Heat transfer of flat surfaces with mesh-and-wire finning during forced convection. Industrial Heat Engineering, Vol. 24, No. 4, 71-78.

Pismennyi, E.N., Rohachev, V.A., Terekh, A. M., Burley, V.D., Razumovskyi V. G. (2003). Generalization of experimental data of convective heat transfer of longitudinally streamlined flat surfaces with mesh-and-wire finning Power Engineering: economics, technology, ecology, No. 1, 52-58.

Pismennyi, E.N., Rohachev, V.A., Terekh, A. M., Rudenko, A.I. (2003). Calculation of heat transfer of transversely streamlined flat surfaces with mesh-and-wire finning. Industrial Heat Engineering, Vol. 25, No. 4, 11-15.

Pismennyi, E.N., Terekh, A. M., Rohachev, V.A., Burley, V.D. (2004). Generalization of experimental data of aerodynamic drag of cross-flow flat surfaces with mesh-and-wire finning. Power engineering: economics, technique, ecology, No 1, 28-31.

Pismennyi, E.N., Rohachev, V.A., Burlei, V.D., Vasil’ev, A.F., Ezhova, V. V. (2006). Generalization of experimental data of aerodynamic drag of in-line-flow flat surfaces with mesh-and-wire finning. Power engineering: economics, technique, ecology, No 1, 97-101.

Industry standard 4.012.001. Radiators for cooling semiconductor devices. Calculation methods. USSR. Revision 1-77, 68.

Industry standard 4.GO.012.003. Radiators and pin-often cooling semiconductor devices. Calculation method. USSR. Editors 1-69.

Pismennyi, E. N., Terekh, A. M., Semenyako, A.V., Bagrii, P.I. (2010). Efficiency factor of rectangular fin of flat-oval tube. Power engineering: economics, technique, ecology, No 2, 70-75.

Pis’mennyi, E.N., Bagrii, P.I., Terekh, A.M., Semenyako, A.V. (2013). Optimization of the finbing of a new heat exchange surface of flat-oval tubes // Journal of Engineering Physics and Thermophysics, V.86, No 5, 1066-1071.

Kraus, A. D. (1971). Cooling Eltctronic Equipment. Leningrad, USSR: Energy, 248..

Kern, D. Q., Kraus, A. D. (1977). Extended Surface Heat Transfer. Moscow, USSR: Energy, 464.