مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی تأثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد حرارتی محفظه بخار برای خنک‌سازی برد الکترونیکی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
مسعود نیک مهر
ولی کلانتر
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران
چکیده
امروزه با افزایش توان تجهیزات الکترونیکی، نرخ تولید حرارت آنها نیز افزایش یافته است لذا برای خنک‌سازی قطعات مختلف نیاز به استفاده از روش‌های جدید است. یکی از راه حل‌های مناسب برای خنک‌سازی قطعات توان بالا، استفاده از محفظه‌های بخار است. محفظه بخار از سه بخش تشکیل می‌شود، بخش تبخیر، میانی و چگالش که به صورت مسطح ساخته می‌شوند و می‌توانند مقدار قابل توجهی از حرارت را بدون نیاز به توان خارجی و فقط با استفاده از تغییر فاز سیال، منتقل نمایند. در این تحقیق دو محفظه بخار با طول و عرض ۱۲۰ و ارتفاع ۱۵میلی‌متر برای خنک‌سازی برد مدار چاپی حرارت بالا ساخته شده است که بخش تبخیر یکی از آنها زبر شده و بخش چگالش آنها به وسیله پره و از طریق هوا خنک می‌شود. در این پژوهش تأثیر زبرنمودن بخش تبخیر، زاویه قرارگیری محفظه بخار با افق، حرارت‌های ورودی مختلف و تغییر شکل هندسی منبع حرارتی در مساحت ثابت و همچنین تغییر محل نصب منبع حرارتی در بخش تبخیر بر عملکرد حرارتی محفظه بخار به صورت تجربی بررسی و مقایسه شده است. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد افزایش میزان حرارت و زبرنمودن بخش تبخیر باعث بهبود عملکرد محفظه بخار شده است همچنین مقاومت حرارتی محفظه بخار تابع تغییر زاویه آن با افق، تغییر شکل و محل نصب منبع حرارتی است.

کلیدواژه‌ها
محفظه بخار
دوفازی
مقاومت حرارتی
برد مدار چاپی

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Investigation of the Effect of Different Parameters on the Thermal Performance of the Vapor Chamber for Cooling the Electronic Board

نویسندگان English

M. Nikmehr
V. Kalantar
Department of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده English

Nowadays with the increase of the power of electronic components, their heat generation rates have also increased therefore, therefore it is necessary to use new methods to cooling different parts. One of the solutions to cool the high-power components is the use of vapor chambers. The vapor chamber consists of three sections, the evaporation, the middle and the condensation section, which are flattened and can transfer a significant amount of heat without the need for external power and only by using a fluid phase change. In this study, two vapor chambers with a length and width of 120 mm and a height of 15 mm were made to cool the high-power printed circuit board, where the evaporation section of one of them was roughened and the condensation section is cooled down by the fin and through the air. In this research, the effect of roughening the evaporation section, the angle of the vapor chamber relative to the horizon, different heat input and the geometric deformation of the heat source in the fixed area, as well as changing the location of the heat source in the evaporation section, on the thermal performance of the vapor chamber, is experimentally reviewed and compared. The results of the experiments show that increasing the heat input and roughing the evaporation section improves the performance of the vapor chamber and the thermal resistance of the vapor chamber is also the function of changing its angle relative to the horizon, deformation, and location of the thermal source.

کلیدواژه‌ها English

Vapor Chamber
Biphasic
Thermal resistance
Printed Circuit Board
Kang SW, Chen YT, Hsu CH, Lin JY. Temperature uniformity analysis of a multi-well vapor chamber heat spreader. Frontiers in Heat Pipes. 2012;3:013004. [Link] [DOI:10.5098/fhp.v3.1.3004]
Haghayegh Sh, Saidi MH, Afshin H, Shafii MB, Adibnia A. Effects of evaporator's length on pulsating heat pipes' thermal performance. Modares Mechanical Engineering. 2014;13(15):110-115. [Persian] [Link]
Shojaeefard MH, Khalkhali A, Zare J, Tahani M. Multi objective optimazation of heat pipe thermal performance while using aluminium oxide nanofluid. Modares Mechanical Engineering. 2014;14(1):158-167. [Persian] [Link]
Sayyahi M, Mamourian M, Ghadiri M. Experimental investigation of the influence of nanofluid on the heat performance of pulsating heat pipe. Modares Mechanical Engineering. 2016;16(13):162-165. [Persian] [Link]
Reyes M, Alonso D, Arias JR, Velazquez A. Experimental and theoretical study of a vapour chamber based heat spreader for avionics applications. Applied Thermal Engineering. 2012;37:51-59. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2011.12.050]
Tsai TE, Wu HH, Chang CC, Chen SL. Two-phase closed thermosyphon vapor-chamber system for electronic cooling. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2010;37(5):484-489. [Link] [DOI:10.1016/j.icheatmasstransfer.2010.01.010]
Naphon P, Wongwises S, Wiriyasart S. Application of two-phase vapor chamber technique for hard disk drive cooling of PCs. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2013;40:32-35. [Link] [DOI:10.1016/j.icheatmasstransfer.2012.10.014]
Zeng J, Zhang Sh, Chen G, Lin L, Sun Y, Chuai L, et al. Experimental investigation on thermal performance of aluminum vapor chamber using micro-grooved wick with reentrant cavity array. Applied Thermal Engineering. 2018;130:185-194. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2017.11.031]
Liu W, Gou J, Luo Y, Zhang M. The experimental investigation of a vapor chamber with compound columns under the influence of gravity. Applied Thermal Engineering. 2018;140:131-138. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2018.05.010]
Ji X, Xu J, Abanda AM, Xue Q. A vapor chamber using extended condenser concept for ultra-high heat flux and large heater area. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2012;55(17-18):4908-4913. [Link] [DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.04.018]
Li Y, Li Z, Zhou W, Zeng Z, Yan Y, Li B. Experimental investigation of vapor chambers with different wick structures at various parameters. Experimental Thermal and Fluid Science. 2016;77:132-143. [Link] [DOI:10.1016/j.expthermflusci.2016.04.017]
Wiriyasart S, Naphon P. Effect of heat source area on the thermal resistance of the wick columns vapor chambers. Journal of Mechanical Science and Technology. 2016;30(2):933-942. [Link] [DOI:10.1007/s12206-016-0147-0]
Srimuang W, Limkaisang V. A correlation to predict the heat flux on the air side of a vapor chamber with overturn U flattened tubes. Heat Mass Transfer. 2016;52(8):1683-1692. [Link] [DOI:10.1007/s00231-015-1690-4]
Wong SC, Hsieh KC, Wu JD, Han WL. A novel vapor chamber and its performance. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2010;53(11-12):2377-2384. [Link] [DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.02.001]
Wong SC, Huang SF, Hsieh KC .Performance tests on a novel vapor chamber using water, methanol or acetone as the working fluid. 5th International Microsystems Packaging Assembly and Circuits Technology Conference, 20-22 Oct 2010, Taipei, Taiwan. Piscataway: IEEE; 2010. [Link] [DOI:10.1109/IMPACT.2010.5699540]
Lips S, Lefèvre F, Bonjour J. Combined effects of the filling ratio and the vapour space thickness on the performance of a flat plate heat pipe. International Journal of Heat Mass Transfer. 2010;53(4):694-702. [Link] [DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.10.022]
Peng H, Ling X. Experimental investigation on flow and heat transfer performance of a novel heat fin-plate radiator for electronic cooling. Heat and Mass Transfer. 2009;45(12):1575-1581. [Link] [DOI:10.1007/s00231-009-0532-7]
Chen YT, Kang SW, Hung YH, Huang CH, Chien KC. Feasibility study of an aluminum vapor chamber with radial grooved and sintered powders wick structures. Applied Thermal Engineering. 2013;51(1-2):864-870. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2012.10.035]
Cao Y, Cao M. Wickless network heat pipes for high heat flux spreading applications. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2002;45(12):2539-2547. [Link] [DOI:10.1016/S0017-9310(01)00338-6]
Kirkup L, Frenkel RB. Calculation of uncertainties. In: Kirkup L, Frenkel RB. An introduction to uncertainty in measurement. Cambridge UK: Cambridge University Press; 2006. pp. 97-125. [Link] [DOI:10.1017/CBO9780511755538.009]
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 19، شماره 10
مهر 1398
صفحه 2387-2395