بررسي عددي عملكرد سامانه خنك كننده تراشه الكترونيكي بر پايه چاه حرارتي حاوي مواد تغيير فازدهنده

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

در پژوهش حاضر شبيه‌سازي عملكرد سامانه خنك‌كننده تراشه الكترونيكي بر پايه چاه حرارتي حاوي مواد تغييرفازدهنده با يك روش جديد در فرآيند تغيير فاز در بخش معادله موازنه انرژي موردبررسي قرار گرفت. مواد تغييرفازدهنده مختلف مانند لاريك اسيد، استئاريك اسيد و اِن - ايكوزان براي تأخير در رسيدن دماي تراشه الكترونيكي به 80 درجه سلسيوس مورداستفاده قرار گرفتند. در اين پژوهش از يك رويكرد جديد در به‌كارگيري روش آنتالپي – تخلخل استفاده شد. در اين رويكرد براي مدل‌سازي گرماي نهان از آناليز DSC ماده تغييرفازدهنده استفاده گرديد. ظرفيت گرمايي ويژه و كسر حجمي مذاب ماده تغييرفازدهنده از آناليز DSC محاسبه و در معادلات حاكم مورداستفاده قرار گرفتند. مشخصه‌هاي موردمطالعه در اين پژوهش علاوه بر نوع ماده تغييرفازدهنده، اعمال توان‌‌هاي الكتريكي مختلف و درصد پرشدگي‌‌هاي مختلف ماده تغييرفازدهنده در حفره‌‌هاي چاه حرارتي بودند. همچنين تأثير حضور و عدم حضور همرفت طبيعي در ناحيه ماده تغييرفازدهنده موردبررسي قرار گرفت. ابتدا نتايج حاصل از شبيه‌سازي عددي با داده‌‌هاي تجربي در حالت‌هاي مشابه مورد مقايسه قرار گرفت. درصد خطاي نسبي بين داده‌‌ها در حالت‌‌هاي يكسان از 8% فرارتر نرفت. اين مقدار نشان از پيش‌بيني نزديك شبيه‌سازي عددي با داده‌‌هاي تجربي دارد. مطابق انتظار نتايج حاصل از افزايش اعمال توان الكتريكي از W 6 به W15 منجر به كاهش زمان رسيدن به دماي بحراني قطعه الكترونيكي شدند. براي لاريك اسيد در پرشدگي 50% اين مقدار از 36 دقيقه به 5/9 دقيقه رسيد. در پرشدگي 50% استئاريك اسيد اين مقدار از 33 دقيقه به 5/8 دقيقه رسيده است. در پرشدگي‌‌هاي متفاوت دو ماده (30%، 50% و 80%) نيز با افزايش پرشدگي به علت افزايش ظرفيت ذخيره حرارتي ماده تغييرفازدهنده زمان رسيدن به دماي بحراني افزايش يافت. در توان W 10 براي لاريك اسيد زمان رسيدن به دماي بحراني از 13 دقيقه در پرشدگي 30% به 5/20 دقيقه در پرشدگي 80% رسيده است. براي استئاريك اسيد در شرايط مشابه اين مقدار به ترتيب 14 دقيقه و 23 دقيقه به دست آمد. در حالتي كه به چاه حرارتي حاوي لاريك اسيد در پرشدگي‌هاي مختلف توان W 10 اعمال شود؛ عدم درنظرگرفتن همرفت طبيعي منجر به كاهش زمان رسيدن به دماي بحراني در حدود 2 دقيقه نسبت به حالتي كه همرفت طبيعي در ناحيه ماده تغييرفازدهنده در نظر گرفته شود، شد. ماده اِن - ايكوزان براي ارزيابي عملكرد رويكرد شبيه‌سازي جديد در اين پژوهش براي مواد مختلف تغييرفازدهنده موردبررسي قرار گرفت. نتايج حاصل، با توجه ويژگي‌هاي فيزيكي اِن - ايكوزان، صحت عملكرد روش شبيه‌سازي مورداستفاده را در پيش‌بيني رفتار مواد تغييرفازدهنده مختلف تأييد شد. باتوجه‌به نتايج حاصل براي سه ماده در حالتي كه دماي بحراني بُرد در محدوده پاييني باشد (40 درجه سلسيوس) ماده اِن - ايكوزان عملكرد بهتري نسبت به دو ماده ديگر دارد. همچنين درصورتي‌كه سامانه در توان‌هاي پايين فعاليت داشته باشد استفاده از پرشدگي 50% مواد عملكرد مناسب در تأخير زماني رسيدن به دماي بحراني دارد و از نظر اقتصادي نيز به‌صرفه است. از سوي ديگر روش مورداستفاده در پژوهش حاضر با روش‌هاي مرسوم مورداستفاده در پژوهش‌هاي پيشين مقايسه گرديد كه علاوه بر تطابق بيشتر با نتايج تجربي از زمان اجراي كمتر نيز برخوردار است. همچنين عملكرد چاه حرارتي در سناريوهاي 10 دقيقه روشن و 80 دقيقه خاموش به‌صورت تك چرخه و سه‌چرخه متوالي موردبررسي قرار گرفت. در سه‌چرخه متوالي نتايج عددي با داده‌هاي تجربي از تطابق بيشتري برخوردار بودند. ميانگين خطاي عددي در سه‌چرخه برابر با 8% بوده است.

235371

فرآيندهاي جداسازي

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان