Gelişmekte olan laminer akışta mini kanallı soğutucu bloğun çok yanıtlı Taguchı yöntemi kullanılarak optimizasyonu

Abstract

Elektronik ekipmanların çalışma performansını olumsuz etkileyen fazla ısının atılması gelişen teknoloji, artan güç ve küçülen boyutlar dolayısıyla önemli bir teknolojik problemdir. Bu kapsamda mini kanallı sıvı soğutmalı soğutucu bloklar üzerine araştırma çalışmaları giderek artmaktadır. Soğutucu blokların yüksek ısı transferi performansına sahip olması beklenirken işletim maliyetleri açısından basınç düşümünün en az seviyede olması istenmektedir. Bu durum soğutucu bloğun tasarımında geometrik yapının istenen performans kriterlerine göre optimizasyonunu gerektirmektedir. Bu çalışmada 100W/cm2 ısı akısı üreten bir yonganın soğutulması için kullanılacak 20mm x 20mm taban yüzey alanına sahip mini kanallı su soğutmalı bir bloğun tasarımında yüksek ısı transferi ve düşük basınç kayıpları için üç farklı malzeme ile optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Çalışmada Taguchi ortogonal matrisinden yararlanılarak farklı malzemeler ve farklı boyutlarda tasarlanan mini kanallı soğutucunun performansı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) kullanılarak hesaplanmıştır. Optimizasyon değerlendirme ölçütü olarak basınç düşümü ve tabanda oluşan maksimum sıcaklığın en düşük olması göz önünde bulundurulmuştur. Her iki ölçütün birlikte değerlendirilmesi için Çok Yanıtlı Taguchi Analizinden yararlanılmıştır. Sıcaklık ve basınç kaybı değerlerine farklı ağırlık değerleri verilerek bulunan sonuçlar karşılaştırılmış ve yorumlanmıştır.

Excessive heat dissipation which adversely affects the working performance of electronic equipment is an important technological problem due to developing technology, increasing power and reducing dimensions. In this context, researches on the liquid-cooled mini-channel blocks are increasing. While it is expected that the cooling blocks is desired to have high heat transfer performance with a minimum pressure drop in terms of operating costs. This requires optimization of the geometric structure in the design of the cooling block. In this study, the design of a mini channel water cooled block to be used for the cooling of a chip, has been optimized with three different materials for high heat transfer performance and low pressure losses. The performance of the mini-channel cooling block, which is designed with different materials and different channel dimensions by utilizing the Taguchi orthogonal matrix, was investigated by using Computational Fluid Dynamics (CFD). As a criterion, the pressure loss and the maximum temperature at the base were taken into consideration. Since both criteria were taken into consideration, Multi Response Taguchi Analysis was used in the optimization. Temperature and pressure loss values were evaluated and optimized by the use of different weight values.