Experimental investigation and numerical simulation of inline strip fins heat sinks
| Autor: | William Denner Pires Fonseca |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Altemani, Carlos Alberto Carrasco, 1948, Santos, Rogério Gonçalves dos, Andrade, Claudia Regina de, Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecânica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2020 |
| Předmět: | |
| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) instacron:UNICAMP |
| Popis: | Orientador: Carlos Alberto Carrasco Altemani Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Uma investigação experimental e simulações numéricas foram efetuadas no presente trabalho para obter as características do escoamento e da transferência convectiva de calor de dois dissipadores térmicos análogos. Um deles continha aletas retas contínuas e o outro, aletas retas em tiras alinhadas, ambos resfriados por um escoamento forçado de ar paralelo à sua base. Os resultados experimentais foram obtidos em regime permanente, com os dois dissipadores montados em um duto retangular sem regiões de folga. A velocidade média do escoamento de ar nos canais entre as aletas dos dissipadores foi variada de 4 a 20 m/s, correspondendo a uma faixa do número de Reynolds do escoamento nesses canais entre 810 e 3.800. A resistência térmica dos dissipadores foi baseada no coeficiente convectivo médio nos seus canais, utilizando como referência a temperatura de entrada de ar nos dissipadores. Os dissipadores térmicos também foram analisados como trocadores de calor com a razão das capacidades térmicas igual a zero. Os resultados experimentais incluíram a queda de pressão do escoamento de ar nos dissipadores, o número de Nusselt médio nos canais formados entre as aletas, a resistência térmica convectiva e a efetividade dos dois dissipadores térmicos investigados. Eles indicaram que a queda de pressão do escoamento e o coeficiente convectivo são maiores no dissipador com tiras alinhadas. Apesar da menor área de troca de calor do dissipador com tiras alinhadas, o seu coeficiente convectivo médio foi maior o suficiente para que a sua resistência térmica fosse menor do que a do dissipador de aletas contínuas. Além disso, quando os dois dissipadores foram tratados como trocadores de calor, considerando a mesma faixa de vazão de ar, a efetividade do dissipador com aletas em tiras foi nitidamente maior. As simulações numéricas foram efetuadas adotando dois tratamentos distintos: um considerava aletas de espessura desprezível na mesma temperatura da base. O outro considerava a sua espessura finita em contato térmico perfeito com a base. Os resultados das simulações, comparados com os resultados experimentais, indicaram uma boa concordância para o dissipador de aletas contínuas. Para o dissipador com aletas em tiras alinhadas, as simulações efetuadas com os dois tratamentos numéricos não apresentaram uma concordância tão boa com os resultados de laboratório. Esta dificuldade sugere que a complexidade do escoamento nos canais com aletas em tiras não pode ser captada de forma precisa pelos tratamentos numéricos utilizados neste trabalho Abstract: An experimental investigation and numerical simulations were performed in the present work to obtain the flow and convective heat transfer characteristics of two analogous heat sinks. One of them had continuous straight fins and the other, inline strip fins, both cooled by forced airflow parallel to their base. The experimental results were obtained under steady state conditions, with the two heat sinks mounted in a rectangular duct without any by-pass. The average airflow velocity in the channels between the fins was varied from 4 to 20 m/s, corresponding to a range of the Reynolds number of the flow in these channels from 810 to 3,800. The heat sinks thermal resistance was based on the average convective coefficient in their channels, using as reference the heat sink inlet air temperature. They were also treated as heat exchangers with a heat capacity ratio equal to zero. The experimental results included the airflow pressure drop in the heat sinks, the average Nusselt number in the interfin channels, the convective thermal resistance and the effectiveness of both heat sinks. They indicated that the flow pressure drop and the average convective coefficient are larger for the strip fins heat sink. In spite of the strip fins heat sink smaller heat exchange area, its larger average convective coefficient was enough to make its thermal resistance smaller than that of the continuous fins heat sink. When the two heat sinks were considered as heat exchangers, considering the same range of airflow rate, the strip fins heat sink effectiveness was pronouncedly larger. The numerical simulations were performed using two distinct treatments: one considered the fins with no thickness, isothermal with the fins base temperature. The other considered the fins thickness, in perfect thermal contact with the fins base. The simulation results, compared to the experimental results, indicated a good agreement for the continuous fins heat sink. For the inline strip fins heat sink, the simulations performed with both numerical treatments did not present the same good agreement with the laboratory results. This difficulty suggests that the complexity of the flow in the channels of the strip fins heat sink cannot be captured in precise form by the adopted numerical treatments used in this work Mestrado Térmica e Fluídos Mestre em Engenharia Mecânica |
| Databáze: | OpenAIRE |
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