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In dieser Arbeit werden die Auswirkungen von unterschiedlichen Anströmsituationen, Kühlkörpertypen, Kühlkörperoberflächen, sowie Lüftertypen auf die Abführung von Wärme an die Umgebung experimentell untersucht. Ziel ist es, Vergleiche zwischen unterschiedlichen Kühlkörper- und Lüftertypen anzustellen, sowie Vergleichsdaten für CFD-Simulationen zu generieren. Die Messungen wurden in enger Kooperation mit der "ZKW Lichtsysteme GmbH'' durchgeführt und die Messobjekte, sowie der Messaufbau wurden von dieser zur Verfügung gestellt. Es soll festgestellt werden, ob Oberflächenstrukturen auf den Kühlkörpern zu einer Verbesserung des Wärmeübergangs führen. Ein möglicher positiver Effekt der Oberflächenstrukturierung von Stiftkühlkörpern und Rippenkühlkörpern soll für verschiedene Anströmsituationen experimentell ermittelt werden. Dafür wurden Vergleichsmessungen mit vier unterschiedlichen Lüftertypen, die exemplarisch für die in kommerziell gefertigten LED-Scheinwerfern der Firma "ZKW Lichtsysteme GmbH'' eingesetzten Lüftern dienen, durchgeführt. Die Messungen wurden jeweils für Prallströmung und seitliche Durchströmung, in welchen die Lüfterabstände von 0 mm bis 65 mm variiert wurden, sowie für Durchsaugen und natürliche Konvektion durchgeführt. Zur Beheizung der acht Kühlkörper dienen Heizwiderstände an der Unterseite der Grundplatte, welche für die Messungen mit Heizleistungen von 35 W und 70 W, respektive 21 W für natürliche Konvektion, betrieben wurden. Zur Temperaturmessung wurden acht bzw. zehn Thermoelemente verwendet, welche in Bohrungen in die Kühlkörper eingeklebt wurden. Zusätzlich zu den Kühlkörpertemperaturen wurde mithilfe eines Pt100-Elements die Raumtemperatur während der Messungen und über zeitaufgelöste Strommessung die Drehzahl der Lüfter gemessen. In der Auswertung erfolgt eine Darstellung der Sensortemperaturen über dem Lüfterabstand. Ebenfalls werden die mittleren Bodenplattentemperaturen, sowie die Auswirkungen unterschiedlicher Leistungseintragsflächen verglichen. Zusätzlich zu den experimentell ermittelten Daten wurde eine analytische Abschätzung des thermischen Verlustes durch den Messaufbau durchgeführt. In this thesis, the effects of different flow situations, heat sink types, heat sink surfaces and fan types on heat transfer to the environment are examined experimentally. The aim is to draw comparisons between different heat sinks and fan types and to generate comparative data for CFD simulations. The measurements were performed in close cooperation with the "ZKW Lichtsysteme GmbH'' who supplied the measurement objects and the measuring setup. One aspect to be investigated is, whether surface structures on heatsinks can lead to an improvement in heat transfer. The possible positive effect of surface structures pin fin heat and plate fin heat sinks is to be determined experimentally for different flow situations. For this purpose, comparative measurements were carried out using four different fans, which serve as examples for the fans used in commercially manufactured LED headlights by the company "ZKW Lichtsysteme GmbH''. The measurements were carried out for impingement flow and parallel/cross flow, where the fan distance was varied from 0 mm to 65 mm, as well as for suction flow and natural convection. The eight heat sinks are heated by heat patches mounted on the bottom sid of the base plate. The measurements were carried out using heating powers of 35 W and 70 W, and 21 W for natural convection, respectively. Eight or ten thermocouples were used to measure heat sink temperatures. These were glued into drillings in the heat sink. In addition the room temperature was measured using a Pt100 element and the fan speed was determined using time resolved current measurements. The results are presented by plotting the sensor temperatures over the fan distance. The average base plate temperatures and the effects of different power input areas are also compared. In addition to the experimentally determined data, an analytical assessment of the thermal losses through the measurement setup was performed. eingereicht von Ralf Zehetner-Schatzl BSc Masterarbeit Universität Linz 2022 |
