İçerisinden direk hava akışı metoduyla soğuyabilen takılabilir modüllerde kanatçık yükseklik etkisinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi

Yusuf Tekin; Muhittin Bilgili

Makale detayları

İçerisinden direk hava akışı metoduyla soğuyabilen takılabilir modüllerde kanatçık yükseklik etkisinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi

Yazarlar:

Yusuf Tekin | Muhittin Bilgili

Yayıncı:

Gazi University

Ana Başlıklar:

Enerji Üretimi | Dönüşüm ve Depolama (Kimyasal ve Elektiksel hariç)

Dergi:

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi Vol.39 Issue 4, pp.2617-2630

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

5/2024

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2001317567

pISSN:

1300-1884

Anahtar kelimeler:

Özet:

 Gerçekleştirilen bu çalışmada, yüksek güç tüketen elektronik bileşenlere sahip baskı devre kartlarının, modül seviyesinde soğutma yöntemlerinden biri olan modül içerisinden hava dolaştırılarak AFT-Air Flow Through soğutma yöntemi incelenmiştir. Yöntemin uygulanması aşamasında, ANSIVITA 48.8-2017 standarttı referans alınmıştır. Bu yöntem, elektronik bileşenlerin soğutma havasıyla direk teması olmadan modül seviyesinde soğutulmasına imkân sunmaktadır. Soğutmanın gerçekleştirilebilmesi için modül üzerindeki kısıtlı bir alana kanatçıkların yerleştirilmesi gerekmektedir. Fakat standart içerisinde, üç farklı adım aralığı altında kısıtlı bir alana sahip olan modül içerisine konumlandırılacak kanatçıkların olabilecek maksimum kanatçık yükseklikleri ile ilgili detaylar kullanıcılarının kendi soğutma ihtiyaçlarına göre belirlemesi için herhangi bir detay verilmemiştir. Standart içerisinde eksik olan bu bilgilere referans olması amacıyla bu çalışma yapılmıştır. Çalışma kapsamında, bu tarz elektronik soğutma uygulamalarında yaygın olarak kullanılan dikdörtgen kesitli plaka tipi kanatçık kullanılmıştır. 1 inç, 1.2 inç ve 1.5 inç adım aralığına sahip takılabilir bir modül üzerinde oluşabilecek maksimum kanatçık yüksekliklerine göre, modülün soğutma performansında ve akış dinamiklerinde oluşacak değişimleri gözlemlemek için üç boyutlu sayısal analiz çalışmaları yapılmıştır. Sayısal analiz çalışmaları FLOEFD paket programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Isı emici görevindeki takabilir modül, 3U 1001600mm biçim faktörüne sahip bir baskı devre kartına uygun olacak şekilde tasarlanmıştır. Modülün termal direnç, basınç düşümü ve ortalama ısı transfer katsayılarındaki değişimler üç farklı kanatçık yüksekliği altında incelenmiştir. Analizlerin gerçekleştirildiği sayısal modeli doğrulamak amacıyla 1.2 inç adım aralığına sahip ve üretimi gerçekleştirilmiş bir modül üzerinde deneysel çalışmalar yapılmıştır. Modülün elektronik bileşenlerin temas ettiği yüzeyine sürekli 100 W ısı verilmiştir. Modülün hava giriş tarafında 25C giriş sıcaklığında ve 2000 Re  11000 arasında hava kullanılmıştır. Sonuç olarak, modül üzerinde kanatçık yüksekliğinin arttırılması ile sağlanan ısı transfer alanın arttırılmasına yönelik etkiler, modülün termal performansına olumlu katkı sağladığı anlaşılmıştır. Aynı giriş hızlarında en yüksek kanatçık yüksekliğine sahip 1.5 inç adım aralığına sahip modül üzerinden 60 oranında daha fazla kütlesel debi geçirilebileceği gözlemlenmiştir. Deneysel çalışımalar ile elde edilen sıcaklık verileri ile sayısal simülasyonlar sonucunda elde edilen sıcaklık verileri arasındaki sapmalar 5.4 ile 7.5 arasında değişmektedir.

 Gerçekleştirilen bu çalışmada, yüksek güç tüketen elektronik bileşenlere sahip baskı devre kartlarının, modül seviyesinde soğutma yöntemlerinden biri olan modül içerisinden hava dolaştırılarak AFT-Air Flow Through soğutma yöntemi incelenmiştir. Yöntemin uygulanması aşamasında, ANSIVITA 48.8-2017 standarttı referans alınmıştır. Bu yöntem, elektronik bileşenlerin soğutma havasıyla direk teması olmadan modül seviyesinde soğutulmasına imkân sunmaktadır. Soğutmanın gerçekleştirilebilmesi için modül üzerindeki kısıtlı bir alana kanatçıkların yerleştirilmesi gerekmektedir. Fakat standart içerisinde, üç farklı adım aralığı altında kısıtlı bir alana sahip olan modül içerisine konumlandırılacak kanatçıkların olabilecek maksimum kanatçık yükseklikleri ile ilgili detaylar kullanıcılarının kendi soğutma ihtiyaçlarına göre belirlemesi için herhangi bir detay verilmemiştir. Standart içerisinde eksik olan bu bilgilere referans olması amacıyla bu çalışma yapılmıştır. Çalışma kapsamında, bu tarz elektronik soğutma uygulamalarında yaygın olarak kullanılan dikdörtgen kesitli plaka tipi kanatçık kullanılmıştır. 1 inç, 1.2 inç ve 1.5 inç adım aralığına sahip takılabilir bir modül üzerinde oluşabilecek maksimum kanatçık yüksekliklerine göre, modülün soğutma performansında ve akış dinamiklerinde oluşacak değişimleri gözlemlemek için üç boyutlu sayısal analiz çalışmaları yapılmıştır. Sayısal analiz çalışmaları FLOEFD paket programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Isı emici görevindeki takabilir modül, 3U 1001600mm biçim faktörüne sahip bir baskı devre kartına uygun olacak şekilde tasarlanmıştır. Modülün termal direnç, basınç düşümü ve ortalama ısı transfer katsayılarındaki değişimler üç farklı kanatçık yüksekliği altında incelenmiştir. Analizlerin gerçekleştirildiği sayısal modeli doğrulamak amacıyla 1.2 inç adım aralığına sahip ve üretimi gerçekleştirilmiş bir modül üzerinde deneysel çalışmalar yapılmıştır. Modülün elektronik bileşenlerin temas ettiği yüzeyine sürekli 100 W ısı verilmiştir. Modülün hava giriş tarafında 25C giriş sıcaklığında ve 2000 Re  11000 arasında hava kullanılmıştır. Sonuç olarak, modül üzerinde kanatçık yüksekliğinin arttırılması ile sağlanan ısı transfer alanın arttırılmasına yönelik etkiler, modülün termal performansına olumlu katkı sağladığı anlaşılmıştır. Aynı giriş hızlarında en yüksek kanatçık yüksekliğine sahip 1.5 inç adım aralığına sahip modül üzerinden 60 oranında daha fazla kütlesel debi geçirilebileceği gözlemlenmiştir. Deneysel çalışımalar ile elde edilen sıcaklık verileri ile sayısal simülasyonlar sonucunda elde edilen sıcaklık verileri arasındaki sapmalar 5.4 ile 7.5 arasında değişmektedir.

 Gerçekleştirilen bu çalışmada, yüksek güç tüketen elektronik bileşenlere sahip baskı devre kartlarının, modül seviyesinde soğutma yöntemlerinden biri olan modül içerisinden hava dolaştırılarak AFT-Air Flow Through soğutma yöntemi incelenmiştir. Yöntemin uygulanması aşamasında, ANSIVITA 48.8-2017 standarttı referans alınmıştır. Bu yöntem, elektronik bileşenlerin soğutma havasıyla direk teması olmadan modül seviyesinde soğutulmasına imkân sunmaktadır. Soğutmanın gerçekleştirilebilmesi için modül üzerindeki kısıtlı bir alana kanatçıkların yerleştirilmesi gerekmektedir. Fakat standart içerisinde, üç farklı adım aralığı altında kısıtlı bir alana sahip olan modül içerisine konumlandırılacak kanatçıkların olabilecek maksimum kanatçık yükseklikleri ile ilgili detaylar kullanıcılarının kendi soğutma ihtiyaçlarına göre belirlemesi için herhangi bir detay verilmemiştir. Standart içerisinde eksik olan bu bilgilere referans olması amacıyla bu çalışma yapılmıştır. Çalışma kapsamında, bu tarz elektronik soğutma uygulamalarında yaygın olarak kullanılan dikdörtgen kesitli plaka tipi kanatçık kullanılmıştır. 1 inç, 1.2 inç ve 1.5 inç adım aralığına sahip takılabilir bir modül üzerinde oluşabilecek maksimum kanatçık yüksekliklerine göre, modülün soğutma performansında ve akış dinamiklerinde oluşacak değişimleri gözlemlemek için üç boyutlu sayısal analiz çalışmaları yapılmıştır. Sayısal analiz çalışmaları FLOEFD paket programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Isı emici görevindeki takabilir modül, 3U 1001600mm biçim faktörüne sahip bir baskı devre kartına uygun olacak şekilde tasarlanmıştır. Modülün termal direnç, basınç düşümü ve ortalama ısı transfer katsayılarındaki değişimler üç farklı kanatçık yüksekliği altında incelenmiştir. Analizlerin gerçekleştirildiği sayısal modeli doğrulamak amacıyla 1.2 inç adım aralığına sahip ve üretimi gerçekleştirilmiş bir modül üzerinde deneysel çalışmalar yapılmıştır. Modülün elektronik bileşenlerin temas ettiği yüzeyine sürekli 100 W ısı verilmiştir. Modülün hava giriş tarafında 25C giriş sıcaklığında ve 2000 Re  11000 arasında hava kullanılmıştır. Sonuç olarak, modül üzerinde kanatçık yüksekliğinin arttırılması ile sağlanan ısı transfer alanın arttırılmasına yönelik etkiler, modülün termal performansına olumlu katkı sağladığı anlaşılmıştır. Aynı giriş hızlarında en yüksek kanatçık yüksekliğine sahip 1.5 inç adım aralığına sahip modül üzerinden 60 oranında daha fazla kütlesel debi geçirilebileceği gözlemlenmiştir. Deneysel çalışımalar ile elde edilen sıcaklık verileri ile sayısal simülasyonlar sonucunda elde edilen sıcaklık verileri arasındaki sapmalar 5.4 ile 7.5 arasında değişmektedir.

 Gerçekleştirilen bu çalışmada, yüksek güç tüketen elektronik bileşenlere sahip baskı devre kartlarının, modül seviyesinde soğutma yöntemlerinden biri olan modül içerisinden hava dolaştırılarak AFT-Air Flow Through soğutma yöntemi incelenmiştir. Yöntemin uygulanması aşamasında, ANSIVITA 48.8-2017 standarttı referans alınmıştır. Bu yöntem, elektronik bileşenlerin soğutma havasıyla direk teması olmadan modül seviyesinde soğutulmasına imkân sunmaktadır. Soğutmanın gerçekleştirilebilmesi için modül üzerindeki kısıtlı bir alana kanatçıkların yerleştirilmesi gerekmektedir. Fakat standart içerisinde, üç farklı adım aralığı altında kısıtlı bir alana sahip olan modül içerisine konumlandırılacak kanatçıkların olabilecek maksimum kanatçık yükseklikleri ile ilgili detaylar kullanıcılarının kendi soğutma ihtiyaçlarına göre belirlemesi için herhangi bir detay verilmemiştir. Standart içerisinde eksik olan bu bilgilere referans olması amacıyla bu çalışma yapılmıştır. Çalışma kapsamında, bu tarz elektronik soğutma uygulamalarında yaygın olarak kullanılan dikdörtgen kesitli plaka tipi kanatçık kullanılmıştır. 1 inç, 1.2 inç ve 1.5 inç adım aralığına sahip takılabilir bir modül üzerinde oluşabilecek maksimum kanatçık yüksekliklerine göre, modülün soğutma performansında ve akış dinamiklerinde oluşacak değişimleri gözlemlemek için üç boyutlu sayısal analiz çalışmaları yapılmıştır. Sayısal analiz çalışmaları FLOEFD paket programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Isı emici görevindeki takabilir modül, 3U 1001600mm biçim faktörüne sahip bir baskı devre kartına uygun olacak şekilde tasarlanmıştır. Modülün termal direnç, basınç düşümü ve ortalama ısı transfer katsayılarındaki değişimler üç farklı kanatçık yüksekliği altında incelenmiştir. Analizlerin gerçekleştirildiği sayısal modeli doğrulamak amacıyla 1.2 inç adım aralığına sahip ve üretimi gerçekleştirilmiş bir modül üzerinde deneysel çalışmalar yapılmıştır. Modülün elektronik bileşenlerin temas ettiği yüzeyine sürekli 100 W ısı verilmiştir. Modülün hava giriş tarafında 25C giriş sıcaklığında ve 2000 Re  11000 arasında hava kullanılmıştır. Sonuç olarak, modül üzerinde kanatçık yüksekliğinin arttırılması ile sağlanan ısı transfer alanın arttırılmasına yönelik etkiler, modülün termal performansına olumlu katkı sağladığı anlaşılmıştır. Aynı giriş hızlarında en yüksek kanatçık yüksekliğine sahip 1.5 inç adım aralığına sahip modül üzerinden 60 oranında daha fazla kütlesel debi geçirilebileceği gözlemlenmiştir. Deneysel çalışımalar ile elde edilen sıcaklık verileri ile sayısal simülasyonlar sonucunda elde edilen sıcaklık verileri arasındaki sapmalar 5.4 ile 7.5 arasında değişmektedir.

Makale detayları

İçerisinden direk hava akışı metoduyla soğuyabilen takılabilir modüllerde kanatçık yükseklik etkisinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi

Yazarlar:

Yusuf Tekin | Muhittin Bilgili

Yayıncı:

Gazi University

Ana Başlıklar:

Enerji Üretimi | Dönüşüm ve Depolama (Kimyasal ve Elektiksel hariç)

Dergi:

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi Vol.39 Issue 4, pp.2617-2630

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

5/2024

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2001317567

pISSN:

1300-1884

Elektronik soğutma

VITA 48.8 standarttı

Plaka kanat

Adım aralıkları

Takılabilir modül

Sayı

Makale detayları

İçerisinden direk hava akışı metoduyla soğuyabilen takılabilir modüllerde kanatçık yükseklik etkisinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi

Yazarlar: Yusuf Tekin | Muhittin Bilgili

Yayıncı: Gazi University

Ana Başlıklar: Enerji Üretimi | Dönüşüm ve Depolama (Kimyasal ve Elektiksel hariç)

Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi Vol.39 Issue 4, pp.2617-2630

Belge Tipi: Makale

Yayın Tarihi: 5/2024

Belge Dili: Türkçe

Document ID (Org No.): 2001317567

pISSN: 1300-1884

Elektronik soğutma

VITA 48.8 standarttı

Plaka kanat

Adım aralıkları

Takılabilir modül

Sayı

Yazarlar:

Yusuf Tekin | Muhittin Bilgili

Yayıncı:

Gazi University

Ana Başlıklar:

Enerji Üretimi | Dönüşüm ve Depolama (Kimyasal ve Elektiksel hariç)

Dergi:

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi Vol.39 Issue 4, pp.2617-2630

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

5/2024

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2001317567

pISSN:

1300-1884