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Estudo por simulação de resfriamento de componentes eletrônicos utilizando jatos sintéticos tangenciais

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Autor Silva, Adriano Menezes da;
Lattes do autor http://lattes.cnpq.br/5426931502361322;
Orientador Lee, Conrad Yuan Yuen;
Lattes do orientador http://lattes.cnpq.br/4220386745918986;
Co-orientador Rhod, Eduardo Luis;
Lattes do co-orientador http://lattes.cnpq.br/2146647990461845;
Instituição Universidade do Vale do Rio dos Sinos;
Sigla da instituição Unisinos;
País da instituição Brasil;
Instituto/Departamento Escola Politécnica;
Idioma pt_BR;
Título Estudo por simulação de resfriamento de componentes eletrônicos utilizando jatos sintéticos tangenciais;
Resumo O avanço tecnológico da informática e dos componentes eletrônicos está exigindo uma constante pesquisa na busca de maiores eficiências no resfriamento de seus componentes. Os métodos convencionais de resfriamento, através de coolers, não estão suprindo a demanda necessária e vários outros métodos estão sendo testados e implementados. Dentre os métodos utilizados nas pesquisas se destaca o sistema com jatos sintéticos pulsados, onde estudos mostraram que, a eficiência na troca térmica é aumentada devido à turbulência associada e estes dispositivos. As principais vantagens do sistema com jatos sintéticos é a utilização do próprio fluido do meio circundante para efetuar o resfriamento, além da compactação física e diminuição considerável dos níveis de ruído. O estudo visa comparar e ampliar os dados obtidos em experimento prático realizado com placas aquecidas em diferentes posições ao longo do comprimento de um canal, utilizando o jato sintético para realizar o resfriamento. Para realizar a análise numérica realizada utilizando o método por volumes finitos, foi necessário criar um modelo virtual semelhante ao espaço ocupado pelo fluido durante o experimento e nele aplicar as condições reais utilizadas. Sendo assim foram utilizadas na simulação um modelo 3-D e fluido compressível. Estudos de convergência de malha foram realizados para obter a malha que apresenta o melhor benefício entre tempo de processamento e precisão dos resultados. Para maior estabilidade da solução numérica, utilizou-se uma equação que simula o efeito de velocidade do movimento cossenóide da membrana durante o ciclo de excitação. Diversas análises foram realizadas para estabelecer a mesma condição de velocidade média obtida no experimento. Para isso, simulações foram realizadas até a estabilização da velocidade média transiente e os valores obtidos serviram para elaborar uma curva e dela extrair uma equação que capaz de estimar o valor próximo da velocidade média obtida durante as medições do experimento prático para uma determinada condição de contorno de velocidade de membrana. Aplicando a condição de placa aquecida a 80ºC nas duas posições testadas de 50 e 150mm em relação à saída do orifício, verificou-se o aquecimento da placa não interfere nos campos de velocidade e vorticidade médias transientes e instantâneas. As simulações com resfriamento por jatos sintéticos apresentaram resultados significativos de aumento da capacidade de troca térmica em comparação com o regime permanente simulando o sistema convencional de resfriamento por cooler. Os resultados indicam que, com a placa aquecida em posições distintas, a melhora proporcionada pelo jato sintético fica na ordem de 25 a 40%. Já quando comparado o sistema com placa contínua e com variação da amplitude A0, os valores de resfriamento do jato sintético apresentaram aumento na ordem de 125%. Os resultados com alteração de frequência mostram que o coeficiente de transferência de calor por convecção aumenta até a frequência de 120 Hz, indicando que essa é a frequência de ressonância do sistema.;
Abstract The technological advance of information technology and electronic components provides a constant demand for greater efficiency in the cooling of its components. Cooler or fan-based conventional cooling methods cannot meet this required demand and several other methods are being tested and implemented. Among these methods, pulsed synthetic jets are of particular interest due to the increased heat transfer associated with higher turbulence levels. The main advantages of such a system with synthetic jets are the use of the surrounding environment fluid to realize cooling, compact size and considerable reduction of noise levels. The aim of this study was to compare results with an experimental study performed with heated plates at different positions along the length of a channel using cooled by a tangential synthetic jet and obtain further cooling data. To perform the numerical analysis with a finite volume method, it was necessary to create a virtual model similar to the geometry in the experiment with similar real boundary conditions. Therefore, a 3-D model and a compressible fluid were used in the simulation. Grid convergence studies were performed to obtain a mesh that presented the best balance between processing time and accuracy of results. For greater stability of the numerical solution, an equation was used that simulated the velocity effect of a moving membrane in the driving cavity with a cosine-shaped displacement during the pulsing cycle. Several analyzes were performed to establish the same channel average velocity condition obtained in the experimental study. Simulations were performed until the mean exit channel velocity stabilized and the values obtained were used to elaborate a calibration curve that related the amplitude of the velocity boundary condition at the membrane to an average channel velocity on par with the experimental study. For heat transfer results, a constant temperature of 80 ° C was applied at two test positions of 50 and 150 mm for the plate in relation to the orifice outlet. It was found that plate heating does not interfere in the transient or average velocity and vorticity fields. The simulations with cooling by synthetic jets showed significant increases of thermal exchange capacity in comparison to the a steady turbulent channel flow analogous to a conventional cooler cooling. The results indicate that with the heated plate in different positions the improvement provided by the synthetic jet is in the order of 25 to 40%. When compared to the system with a continuous plate spanning the bottom of the channel, variations of the pulsing jet amplitude showed increase in the order of 125%. Frequency change results show that the convection heat transfer coefficient increases up to the frequency of 120 Hz, indicating that this is the resonant frequency of the channel.;
Palavras-chaves Chaves; Jato; Sintético; Simulação; Resfriamento; Jet; Synthetic; Simulation; Cooling;
Área(s) do conhecimento ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica;
Tipo Dissertação;
Data de defesa 2017-05-09;
Agência de fomento CNPQ – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico;
Direitos de acesso openAccess;
URI http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/6655;
Programa Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica;


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