ALÜMİNYUM KÖPÜK ISI ALICILARDAN TAŞINIMLA ISI TRANSFERİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Bu çalışmada, yüzeyleri 10 PPI (Inch Başına Gözenek) lık alüminyum köpük ısı alıcılarla genişletilmiş ısı kaynakları bulunan yatay bir kanalda taşınımla gerçekleşen ısı transferi deneysel olarak incelenmiştir. Çalışma akışkanı olarak hava kullanılmıştır. Elektronik eleman performansına etkilerini araştırmak için alüminyum köpük ısı alıcılar dikdörtgen kesitli kanal içerisinde bulunan bakır ısıtıcılar üzerine ayrık formda yerleştirilmiştir. Kanalın alt yüzeyine 8x2 diziliminde yerleştirilmiş alüminyum köpük ısı alıcılar sabit ısı akısına maruz bırakılmışlardır. Kanalın yan, alt ve üst duvarları yalıtılmıştır. Deneyler Reynolds sayısının 531≤ReDh≤4486 (laminer ve türbülanslı akış için), düzeltilmiş Grashof sayısının Gr* Dh=4,2x107 -2,7x108ve Richardson sayısının Ri=0,008-1,5 aralığındaki değerleri için yapılmıştır. Deneylerden elde edilen ölçümlerden, Nusselt sayısı dağılımları farklı Reynolds ve farklı Grashof sayıları için elde edilmiştir. Düşük gözenek yoğunluğuna sahip olan alüminyum köpük ısı alıcılar, içerisinden yoğun hava geçirme özelliğinden dolayı ısı transferini önemli ölçüde artırmaktadır. Yapılan karşılaştırmalar sonucunda, kanal içerisinde 10 PPI alüminyum köpük ısı alıcıların kullanılması durumunda, köpük ısı alıcılar kullanılmadan elde edilen sonuçlara göre yaklaşık olarak %36 ila %70 daha fazla ısı transferi sağlanmıştır.

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF CONVECTION HEAT TRANSFER FROM ALUMINUM FOAM HEAT SINKS

In the present study, convection heat transfer from arrays of heat sources extended by 10 PPI (Pore Per Inch) opencell aluminum foam heat sinks inside a horizontal channel has been investigated experimentally. Air was used as the working fluid. Aluminum foams have been placed on discrete copper blocks in a rectangular channel in order to investigate the effect of aluminum foams on electronic equipments performance. The lower surface of the channel was equipped with 8x2 array of aluminum foam heat sinks subjected to uniform heat flux. Sidewalls, the lower and upper walls were insulated. The experimental study was made for Reynolds numbers 531≤ReDh≤4486 (for laminar and turbulent flow), modified Grashof numbers Gr* Dh=4,2x107to 2,7x108and Richardson numbers Ri=0,008 to 1,5. From the experimental measurements, distributions of Nusselt number were calculated for different Reynolds and Grashof numbers. It is found that heat transfer rate is substantially increased by employing aluminum foam heat sinks with low pore density due to relatively intense air through the aluminum foam heat sinks. As a result of comparisons, using of 10 PPI aluminum foam heat sinks increases the heat transfer rate in the channel between approximately 36% and 70% compared to the rate obtained without the foam heat sinks in a channel.

PDF

___

1. Chao C.H., Li J.M., Foam-metal heat sinks for thermal enhanced BGA package applications, The 11th International Symposium on Transport Phenomena ISTPII, Hsinchu, Taiwan, Cilt 4, 2329, 1998.
2. Chou S.F., Yang C.H., Heat transfer characteristics of aluminum-foam metal, Proceedings of Sixth International Symposium on Transport Phenomena in Thermal Engineering, Seoul, Korea, 709714, 1993.
3. Lee YC., Zhang W., Xie H Mahajan RL.,Cooling of a FCHIP package with 100 W, 1 cm2 chip, Proceedings of the 1993 ASME International Electronic Package Conf., vol. 1, ASME, New York, 419423, 1993.
4. Izadpanah M.R., Muller-Steinhagen H., Jamialahmadi M., Experimental and theoretical studies of convective heat transfer in a cylindrical porous medium. Int. J. Heat Fluid Flow Cilt 19, 629635, 1998.
5. Kim SY., Paek J.W., Kang B.H., Thermal Performance of aluminum-foam heat sinks by forced air cooling, IEEE Transactions on components and packaging technologies. Cilt 6, 262267, 2003.
6. Cui C., Huang X.Y., Lui CY., Forced convection in a porous channel with discrete heat sources, ASME J Heat Transfer 123: 404-411, 2001.
7. Kurtbas I., Celik N., Experimental investigation of forced and mixed convection heat transfer in a foam-filled horizontal rectangular channel, Int J Heat Mass Transf. 52:13131325, 2009.
8. Jeng, TM, Tzeng SC., Experimental study of forced convection in metallic porous block subject to a confined slot jet, Int J Thermal Sciences 46:1242-1250, 2007.
9. Paek, JW., Kang, BH., Kim SY., Hyun JM., Effective thermal conductivity and permeability of aluminum-foam materials, Int. J. Thermophysics 21: 453464, 2000.
10. Ko K.H., Anand N.K., Use of porous baffles to enhance heat transfer in a rectangular channel, Int. J. Heat Mass Transf. 46: 41914199, 2003.
11. Dogan A., Sivrioglu M., Baskaya S., Investigation of mixed convection heat transfer in a horizontal channel with discrete heat sources at the top and at the bottom, Int. J. Heat Mass Transf. Cilt 49, 26522662, 2006.
12. Bae J.H., Hyun J.M., and Kim J.W., Mixed Convection in a Channel with Porous Multiblocks Under Imposed Thermal Modulation, Numerical Heat Transfer, Part A, Cilt 46, 891-908, 2012.
13. Holman, J. P., Analysis of Experimental Data,Experimental Methods For Engineers 6th ed.,McGraw-Hill, Inc, New York, 49-56, 1994.