توضیحات

 

پروژه شبیه سازی انتقال حرارت هدایتی، جابجایی و تشعشعی در چاه حرارتی یا هیت سینک(Heat sink) در نرم افزار انسیس فلوئنت ANSYS FLUENT

 

در عصر حاضر استفاده از تجهیزات الکترونیکی در وسایل آزمایشگاهی، وسایل ارتباط جمعی، اسباب بازی ها و از همه مهم تر رایانه ها و ابر سامانه های محاسباتی گسترش یافته است. برخلاف رشد سریع و چشم گیر صنایع الکترونیکی در طول سال های گذشته، هنوز مشکلات زیادی در رابطه با خنک کردن آنها وجود دارد. بنابراین انتخاب روش مناسب برای خنک کاری به یکی از مهم ترین نگرانی های صاحبان کارخانه ها، صنایع و مهندسان تبدیل شده است زیرا که قطعات الکترونیکی در طی زمان کوچک شده اند اما سرعت پردازش و حرارت تولیدی در آنها افزایش یافته است.

روش های خنک کاری:

به طورکلی روش های خنک کاری تراشه های الکترونیکی به دو گروه عمده فعال(active) و غیرفعال(passive) تقسیم بندی می شوند. در روش فعال نیاز به یک نیروی خارجی است که به سامانه اعمال شود که میزان دفع انتقال حرارت از تراشه الکترونیکی را افزایش دهد. مهم ترین و پرکاربردترین روش های فعال خنک کاری شامل استفاده از ترموالکتریک(thermoelectric)، استفاده از جریان سیال و استفاده از جریان اجباری هوا به کمک دمنده(Fan) است. درحالیکه در روش غیرفعال نیاز به اعمال نیروی خارجی نیست، بلکه با روش هایی شامل تغییرشکل سطح چاه حرارتی، ایجاد زبری، افزودن مواد با گرمای نهان بالا انتقال حرارت بهبود می یابد. مهمترین و پرکاربردترین روش های غیرفعال برای خنک کاری شامل استفاده از مواد تغییر فاز دهنده، استفاده از سطوح گسترش یافته یا فین و لوله های گرمایی است.

استفاده از جریان اجباری هوا یا دمنده:

خنک کاری با جریان هوا به دو روش اجباری یا آزاد صورت می گیرد. روش جابجایی آزاد نوعی از انتقال حرارت است که در آن گرما به وسیله اختلاف چگالی ایجاد شده توسط گرادیان دما، منتقل می شود و سیال به صورت طبیعی به گردش در می آید. این روش به طور عمده و گسترده برای خنک کاری تجهیزات و قطعات و تراشه هال الکترونیکی استفاده می شود. شایان ذکر است به دلیل آهسته بودن جریان سیال ایجاد شده در اطراف جسم گرم، انتقال حرارت به کندی صورت می گیرد و تنها برای سامانه هایی با توان تولیدی پایین کاربرد دارد. روش خنک کاری با جریان هوای اجباری بوسیله یک دمنده انجام می شود. این روش دفع حرارت از سطوح، به دلیل افزایش نرخ گذر جریان و افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی قابلیت بیشتری نسبت به جابجایی آزاد دارد.

چاه حرارتی یا هیت سینک:

چاه حرارتی یا هیت سینک(heat sink) یک مبدل حرارتی غیرفعال است که گرمای تولید شده توسط دستگاه مکانیکی یا الکتریکی را به محیط سیال منتقل می کند. در رایانه ها، چاه های گرمایی برای خنک کاری واحد پردازش مرکزی یا پردازنده های گرافیکی استفاده می شوند. چاه های گرمایی در کنار دستگاه های نیمه رسانای توانمند مانند ترانزیستورهای توان و تجهیزات نوری مانند لیزرها و دیودهای نوری به دلیل توانایی پخش حرارتی ناکافی برای تعدیل دما استفاده می شوند.

شکل چاه گرمایی یا هیت سینک مورد استفاده به عنوان خنک کننده بر روی یک تراشه الکترونیکی.

چاه حرارتی به وسیله ای اطلاق می شود که حرارت را از طریق یک ساختار جامد به محیط یک سیال هم چون آب یا هوا انتقال می دهد. مبدل های حرارتی که در تبرید و تهویه مطبوع به کار می روند، نمونه هایی از انواع چاه حرارتی هستند. این وسایل هم چنین در خنک کاری سیستم های الکترونیکی و اپتوالکترونیکی مانند لیزرها و دیودهای نوری با توان بالا کاربرد دارند. هدف از طراحی یک چاه حرارتی، افزایش سطح انتقال حرارت با سیال احاطه کننده آن است. سرعت سیال ورودی، انتخاب مواد سازنده مناسب، طراحی پره های حرارتی و نوع پرداخت سطوح جامد از جمله موارد موثر در مقاومت حرارتی و بازده چاه حرارتی هستند. امروزه افزایش توان بیش از حد چیپ های الکترونیکی، نیازمند سیستم خنک کننده با قابلیت انتقال حرارت بالاتر می باشد. با توجه به اینکه فن آوری های خنک کاری مرسوم به آستانه بازده ماکزیمم خود رسیده اند، لازم است که از روش های نوین برای افزایش بیش از پیش نرخ انتقال حرارت استفاده نمود. چاه گرمایی به گونه ای طراحی شده است که سطح در تماس با محیط خنک کننده پیرامون آن مانند هوا و یا سیال مبرد درون آن بیشینه شود. سرعت سیال مورد استفاده، انتخاب ماده و پرداخت سطح، فاکتورهایی هستند که بر بازده چاه گرمایی اثر می گذارند. چسب حرارتی یا گریس حرارتی توان چاه گرمایی را با پر کردن شکاف های هوای بین چاه گرمایی و پخش کننده حرارت بر روی دستگاه بهبود می بخشد. در یک چاه گرمایی پره ای(fin heat sink)، پره ها به شکل های متفاوتی بر روی پایه دستگاه قرار گرفته اند. این پره ها ممکن است به شکل پین های استوانه ای، بیضوی و یا مکعبی باشند. این نوع از چاه های گرمایی پره ای، از رایج ترین و کاربردی ترین انواع چاه های گرمایی در بازار هستند. نوع دیگری از نحوه قرارگیری پره ها در چاه گرمایی به صورت مستقیم و کشیده است، به این معنی که پره ها در تمام طول چاه گرمایی کشیده شده اند و همچنین با فاصله های یکسان در کنار هم قرار گرفته اند، که در این حالت نیز پره ها می توانند به شکل کاملا صاف و یا فاصله قیفی شکل بر روی پایه قرار بگیرند. به طور کلی، هرچه سطح آزاد یک چاه گرمایی بیشتر باشد، بازده آن نیز افزایش پیدا می کند، درنتیجه میتوان دریافت که هدف از طراحی و ساخت یک چاه گرمایی پره ای، ایجاد بیشترین سطح آزاد ممکن در یک حجم معین است.

روش های ساخت هیت سینک ها:

اغلب هیت سینک هایی که در آن از سیال هوا استفاده می شود، به روش های زیر ساخته می شوند:

1-اکستروژن

2-ریخته گری

3-پوندزنی

4-آهنگری.

۵- ماشین کاری.

در روش ساخت هیت سینک ها، صاف بودن سطح هیت سینک مهم است. میزان استاندارد در صنعت، برای صافی یک هیت سینک اینچ بر اینچ است. روش ساخت هیت سینک ها اساساً به نوع ماده ای که هیت سینک از آن ساخته می شود بستگی دارد. هنگامی که آلومینیوم، به عنوان ماده ی سازنده هیت سینک درنظرگرفته می شود، روشهای مختلفی برای ساخت وجود دارد. یکی از این روش های اکستروژن است. در واقع اکستروژن یکی از پرکاربردترین روش ساخت هیت سینک های آلومینیومی است. اکستروژن بدین صورت است که در آن یک شمش آلومینیومی داغ داخل یک نازل تحت فشار قرار می گیرد. آلومینیوم بیرون آمده می تواند در اندازه های مختلفی استفاده شود. از دیگر روش های ساخت هیت سینک های آلومینیومی، به ریخته گری و آهنگری می توان اشاره نمود. ریخته گری یکی از روش های فراگیری است که در ساخت انواع هیت سینک ها کاربرد دارد و بدین صورت است که فلز مذاب را به داخل قالب های با دقت بالا، تحت فشار زیاد هدایت می کنند. این قالب ها قابلیت توان تولید هندسه های پیچیده و مشکل با دقت زیادی را دارند برای ساخت هیت سینک های مسی، می توان از روش ریخته گری استفاده کرد. یکی از معایب هیت سینک های مسی، هزینه و وزن بالای آنها است که تقریبا وزن یک هیت سینک مسی 3.3 برابر بیشتر از همان هیت سینک از جنس آلومینیوم است. رسانش از طریق هیت سینک به وسیله ی کاهش ضخامت پایه هیت سینک و همچنین از طریق افزایش سطح تماس پره ها، می تواند افزایش یابد. ساختن پره های نازک مسی بسیار سخت است و از طریق اکستروژن و ریخته گری ممکن نیست.

تشکیل نقاط داغ در هیت سینک:

معمولاً سطح پایه هیت سینک از سطح منبع گرما بیشتر است و این اختلاف سطحی که وجود دارد، باعث به وجود آمدن یک مقاومت گرمایی بین دو سطح تماسی می شود. هرچه این مقاومت بیشتر باشد نقاط داغ با شدت بیشتری روی سطح قطعه تشکیل می شوند.

شیوه قرار گیری فن در هیت سینک ها:

برای قراردادن فن، در جابجایی اجباری به منظور انتقال حرارت بیش تر، دو حالت وجود دارد:

۱- SISE در این حالت، فن در کنار هیت سینک قرار گرفته و سیال از یکطرف به داخل هیت سینک به وسیله فن وارد می شود و از طرف دیگر خارج می شود.

۲- TISE در این حالت، فن در بالای هیت سینک قرار می گیرد و هوا را از قسمت بالای هیت سینک می دمد و هوا از ابتدا و انتهای هیت سینک خارج می شود. در جریان برخوردی به دلیل برخورد هوا با سرعت، ضخامت لایه مرزی کم است و به همین دلیل انتقال حرارت بیشتر و راحت تر صورت می گیرد.

طبق آزمایش هایی که انجام شده است، قرار دادن پره در بالای هیت سینک می تواند در افزایش انتقال حرارت تا ۲۰ درصد مؤثر باشد.

انتقال حرارت:

انتقال انرژی گرمایی از دمای بالا به دمای پایین را انتقال حرارت می گویند. شرط انتقال گرما بین دو نقطه وجود اختلاف دما یا به عبارتی گرادیان دما بین آن دو نقطه است. انتقال حرارت به سه روش انجام می شود: هدایت(conduction)، همرفت(convection) و تابش(radiation). روش های هدایت و همرفتی نیاز به محیط مادی دارند اما انتقال حرارت تابشی نیاز به محیط مادی نداشته و همیشه بین اجسامی که اخلاف دما دارند رخ می دهد.انتقال حرارت به روش جابجایی یا همرفت هنگامی صورت می گیرد که گاز یا مایعی با جسم جامدی در تماس مستقیم باشد و از آن حرارت گرفته یا به آن حرارت بدهد. در این پدیده مولکولهای سیال متحرک بوده و پس از تغییر دما که باعث تغییر خواص فیزیکی آنها می ش ود جابجایی فیزیکی انجام شده باعث آمیختگی و جابجا شدن سیال و در نتیجه انتقال انرژی حرارتی می شوند. فرآیند جابجایی تنها در گازها و مایعات که مولکولهای آنها توانایی جابجاشدن را دارند، امکانپذیر است. همچنین خواص فیزیکی سیال، مساحت سطوح تماس، وضعیت هندسی جسم، اندازه اختلاف دما بین سطح و سیال و پارامترهای دیگر، در میزان انتقال حرارت مؤثرند. بنابراین انتقال حرارت جابجایی فرآیندی بسیار پیچیده و بررسی آن به دقت زیاد نیازمند است.

جابجایی حرارتی به دو گونه صورت می پذیرد، جابجایی آزاد یا طبیعی و جابجایی اجباری. در جابجایی آزاد روند جابجایی، تنها به دلیل بروز اختلاف چگالی لایه های مختلف سیال در اثر تغییر دمای آن روی می دهد. بدین ترتیب که چگالی لایه های پایینی سیال در اثر گرم شدن کاهش یافته و سپس سیال به طرف بالا به حرکت در می آید. مقدار سیالی که جابجا می شود تابع جنس سیال، اندازه اختلاف دما و حجم فضایی است که سیال در آن قرار دارد . اما در جابجایی اجباری نیروی خارجی وارد شده بر سیال (مانند وزش باد، استفاده از باد بزن، پمپ یا دمنده ها) باعث جابجایی مولکول های سیال و در پی آن انتقال حرارت می شود. جابجایی نیز بسته به اینکه سیال روی یک سطح و یا داخل یک کانال به حرکت درآید خود به دو نوع خارجی و داخلی مشخصه های بسیار متفاوتی از خود نشان می دهد.

هدایت و جابجایی از آن جهت مشابه می باشند که هر دو مکانیزم نیاز به وجود یک ماده واسطه دارند. اما اختلاف آنها این است که جابجایی نیاز به وجود حرکت سیال دارد. انتقال حرارت از درون یک جامد همواره توسط هدایت صورت می گیرد، چرا که مولکول های یک جامد در موقعیت های نسبتا ثابتی از یکدیگر باقی می مانند. با این وجود انتقال حرارت درون یک مایع یا گاز می تواند بسته به وجود هر نوع سیال حجمی توسط هدایت یا جابجایی صورت گیرد. در حضور حرکت سیال انتقال حرارت در اثر جابجایی بوده و در غیاب آن توسط هدایت می باشد.

بنابراین، هدایت در یک سیال را می توان به صورت حالت حدی جابجایی متناظر با حالت سیال ساکن در نظر گرفت. انتقال حرارت جابجایی با توجه به این حقیقت که شامل حرکت سیال و انتقال حرارت هدایتی می باشد پیچیده است. حرکت سیال باعث بهبود انتقال حرارت می شود چرا که حرکت سیال ، قسمت های عمده داغ تر و سردتر را به برخورد با یکدیگر درآورده، شروع کننده نرخ انتقال حرارت بیشتر با تعداد محل های بیشتر انتقال حرارت در سیال می باشد . بنابراین نرخ انتقال حرارت به روش جابجایی در یک سیال بسیار بیشتر از نرخ انتقال حرارت به روش هدایت می باشد. در حقیقت ، هر چه سرعت سیال بیشتر باشد، نرخ انتقال حرارت بیشتر است. تجربه نشان می دهد که انتقال حرارت جابجایی به شدت به خواصی از سیال شامل ویسکوزیته دینامیکی، هدایت گرمایی، چگالی، گرمای ویژه و سرعت سیال بستگی دارد. انتقال حرارت همچنین به هندسه و زبری سطح جامد و همچنین نوع سیال جاری بستگی دارد بنابراین انتظار می رود که روابط انتقال حرارت جابجایی به خاطر وابسته بودن به این همه متغیر، پیچیده باشد. این عجیب نیست چرا که جابجایی پیچیده ترین مکانیزم انتقال حرارت می باشد.

در جابجایی طبیعی عوامل طبیعی چون شناوری باعث جابجایی سیال می شوند. حرکت سیال در جابجایی اجباری کاملا محسوس است، چرا که یک فن یا یک پمپ قادر است که اندازه حرکت کافی را به سیال اعمال کرده و آن را در جهتی خاص به حرکت در آورد. با این وجود حرکت سیال در جابجایی طبیعی غالباً محسوس نیست و این به دلیل پایین بودن سرعت ذرات است. ضریب انتقال حرارت جابجایی به شدت تابعی از سرعت است، یعنی بالاتر بودن سرعت به مفهوم بزرگتر بودن ضریب انتقال حرارت جابجایی می باشد. در جابجایی طبیعی سرعت سیالات عملا کم و در حدود کمتر از متر در ثانیه است. بنابراین ضریب های انتقال حرارت در جابجایی طبیعی معمولا بسیار کوچکتر از ضریب های متناظر در جابجایی اجباری است. امروزه هنوز بعضی از انواع تجهیزات انتقال حرارت برای عملکرد تحت شرایط جابجایی طبیعی (و نه جابجایی اجباری) طراحی می شوند، چرا که جابجایی طبیعی نیاز به استفاده از دستگاه محرک سیال ندارد. بسیاری از کاربردهای متداول انتقال گرما شامل جابجایی طبیعی به عنوان مکانیسم اصلی انتقال گرما می باشند، مانند: سرمایش تجهیزات الکترونیک مثل ترانزیستورهای قدرت، تلویزیون و ویدئو، انتقال گرما از بخاری ها یا رادیاتورهای بخار آب، انتقال گرما از سیم پیچ های پشت یخچال و خطوط انتقال قدرت و انتقال گرما از بدن حیوانات و انسان جابجایی طبیعی حالت ترجیحی انتقال حرارت است چرا که شامل هیچ قطعه متحرکی مانند خود قطعات الکترونیکی نیست. با این وجود در حالت جابجایی طبیعی قطعاتی وجود دارد که احتمال کارکرد آنها در دماهای بالاتر، کمتر است و بنابراین قابلیت اعتماد پایین می آید. انتخاب مناسب چشمه گرمایی می تواند دمای کارکرد قطعات را به مقدار قابل توجهی کاهش داده و بنابراین امکان خرابی را کاهش می دهد.

هدایت:

انتقال حرارت از طریق هدایت در یک جسم جامد ، در اثر اختلاف درجه حرارت بین دو نقطه از آن جسم صورت می گیرد. در این حالت ذرات جسم تغییرمکان قابل ملاحظه ای ندارند. هدایت در حقیقت انتقال انرژی حرکتی یک مولکول به مولکول مجاور بوده و تنها عامل ایجاد جریان حرارتی در جسم جامد می باشد. قانون هدایت حرارتی اولین بار توسط فوریه ریاضیدان فرانسوی بیان شد که در آن فلاکس حرارتی( انرژی منتقل شده در واحد زمان بر واحد سطح ) در اثر هدایت متناسب است با گرادیان درجه حرارت در امتداد عمود بر سطح. معادله نرخ رسانایی یک بعدی به صورت زیر بیان می گردد :

q’’=-kdT/dx

که در آن “q شار گرمایی (w/m²)، k ضریب رسانایی گرما(w/mk)، dT/dx گرادیان درجه حرارت می باشد.

تشعشع:

تشعشعات مربرط به گرما از خورشید از طریق یک فضای وسیع خلأ و تهی به زمین می رسد و این مسیر را به صورت اشعه ، مانند نور ولی نامرئی طی می کند . هر جسم گرم ، حتی انسان از خود اشعه هایی گسیل می کند . اجسام سرد این تشعشعات مربوط به گرما را جذب می کنند، بنابراین مثل همیشه انتقال خالص تشعشعات مربوط به گرما از جسم گرم به جسم سرد صورت می گیرد . از این رو ، تشعشعات مربوط به گرما همانند نور از طریق تابش و به خط مستقیم منتقل می شود . به همین دلیل، وقتی مقابل آتش می نشینیم، صورت ما از تابش مربوط به گرما سرخ می شود و پشت ما سردتر می شود. کارایی یک جسم در تابش یا جذب به رنگ سطح آن بستگی دارد . جسم سیاه هر تابشی را به سرعت و با کارایی زیاد جذب میکند . توانایی تابش انرژی گرمایی از سطح بستگی نزدیک به توانایی جذب انرژی تابشی توسط آن سطح دارد . جسم سیاه هنگامی که گرم است یک تابنده عالی است. به همین دلیل پره های خنک کننده موتورها را همواره رنگ سیاه می زنند. اما جسم سفیدنه جذب کننده و نه تابشگر خوبی است به عنوان مثال سطح نقره مانند اغلب فلزات همانندجسم سفید عمل می کنند.

برای عایق بندی اتاقک های زیر شیروانی از لایه ورق آلومینیوم نیز استفاده می شود. ورق آلومینیم از تابش گرمای داخل به خارج در زمستان و از تابش گرمای خارج به داخل در تابستان جلوگیری می کند . می دانیم که انتقال گرمای رسانشی و جابجایی نیازمند گرادیان دما در ماده است ولی انتقال گرما توسط تشعشع به ماده نیاز ندارد . تشعشع فرآیند بسیار مهمی است و از نظر فیزیکی شاید جالب ترین نوع انتقال گرما باشد. بسیاری از فرآیندهای گرمایش ، سرمایش ، خشک کردن صنعتی و همچنین روش های تبدیل انرژی نظیر احتراق سوخت فسیلی و تشعشع خورشیدی با فرآیند تشعشع سر و کار دارند . قانون تشعشع حرارتی استفان – بولتزمن در مورد جسم سیاه به صورت زیر بیان می شود :

q=σA(T₁⁴-T₂⁴)

در رابطه فوق  T₁⁴و T₂⁴ به ترتیب درجه حرارت جسم گرم و سرد(k)، σ ثابت بولتزمن که مقدار آن 5.699×10^-5 (W/m².k⁴) می باشد. A نیز مساحت سطح(m²) است.

جابجایی:

برای انتقال گرما بین سطح و سیالی متحرک، که دمای آنها باهم متفاوت است، از واژه جابجایی استفاده می شود. انتقال گرمای جابجایی از دو مکانیزم تشکیل می شود یکی انتقال انرژی ناشی از حرکت تصادفی مولکول ها (پخش) و دیگری انتقال انرژی بر اثر حرکت توده سیال (ماکروسکوپیک). در نزدیکی سطح که سرعت خیلی کوچک است، انتقال حرارت به صورت دیفیوژن صورت می گیرد . به تدریج که از سطح دور می شویم انتقال حرارت به وسیله حرکت توده سیال شکل می گیرد. در این نوع از انتقال حرارت قانون سرمایش نیوتن به صورت زیر برقرار است :

dQ/dt=hA(T_s-T_∞)

h: ضریب انتقال حرارت جابجایی(w/m².k).

A: مساحت مقطعی که انتقال حرارت از آن انجام می گیرد(m²).

T_s: دمای سطح جسم(k).

T_∞: دمای محیط(k).

جابجایی براساس طبیعت جریان به صورت زیر طبقه بندی می شود.

جابجایی اجباری(forced convection):

اگر جریان توسط عوامل خارجی مانند فن یا پمپ ایجاد شود و همچنین هنگامی که جسم در مقابل جریان هوا با دمای بیشتر یا کمتر از خود جسم قرار می گیرد، این جریان به وجود می آید. به عبارت دیگر در اثر جریان هوا و اختلاف دمای سیال و جسم، انتقال حرارت بین جسم و سیال صورت می گیرد. به عنوان مثال پره های یک وسیله الکترونیکی در اثر جریان هوای ایجاد شده فن یا پنکه خنک کاری می شوند.

جابجایی آزاد:

اگر جریان توسط نیروهای غوطه ور در سیال ایجاد شود جابجایی آزاد گفته می شود که نتیجه تغییر جرم مخصوص سیال می باشد، به عنوان مثال گرمایش هوای منزل با استفاده از بخاری برقی. در فرآیندهایی از جابجایی علاوه بر اثرات فوق ، تبادل گرمای نهان نیز وجود دارد (جوشش و تقطیر) که مربوط به تغییر فاز بین حالت های مایع و بخار سیال می باشد. سرعت شارش در همرفت آزاد، بسیار کوچکتر از همرفت اجباری است ، لذا انتقال گرما از طریق جابجایی آزاد نسبت به اجباری بسیار کمتر است. در این نوع از جریان ها ، میدان جریان کاملا وابسته به دما می باشد.

تغییر فاز:

اگر انتقال حرارت با تغییر فاز سیال همراه شود نیز از نوع جابجایی در نظر گرفته می شود. علت این نامگذاری ، حرکت القا شده به سیال در طول فرآیند تغییر فاز است، مثل بالا رفتن حباب های بخار در طول جوشش و یا پایین آمدن قطرات آب در طول کندانس و همچنین حرکت سیال در هنگام ذوب و انجماد . در این پژوهش فرآیند انجماد مورد توجه قرار گرفته است. در فرآیند انجماد ، ماده دارای تغییر فاز خواهد بود. بنابراین ، در طول فرآیند مرز جدا کننده دو فاز مختلف پیشرفت کرده و در حال حرکت می باشد. خواص انتقالی درنتیجه اختلاف کلی نرخ هایی از انتقال انرژی، جرم و ممنتوم از یک فاز به فاز دیگر بطور قابل ملاحظه ای بین فازها تغییر می کنند. در این مسائل موقعیت مرز متحرک نمی تواند به صورت دقیق تشخیص داده شود ، اما باید به عنوان عامل مهم تشکیل دهنده ای در حل تعیین شود.

شرح پروژه:

در این پروژه شبیه سازی انتقال حرارت هدایتی، جابجایی و تشعشعی در چاه حرارتی یا هیت سینک(Heat sink) در نرم افزار انسیس فلوئنت ANSYS FLUENT انجام شده است.

هندسه مسئله:

هندسه مسئله در نرم افزار انسیس دیزاین مدلر ترسیم شده است.

شبکه و مش:

شبکه و مش در نرم افزار انسیس مشینگ تولید شده است.

شبیه سازی و حل:

شبیه سازی در نرم افزار انسیس فلوئنت(ANSYS FLUENT) انجام شده است.

حلگر:

حلگر فشار مبنا (Pressure based) در شرایط پایا استفاده شده است.

مدل لزجت:

مدل جریان آشفته دو معادله ای k-ω SST استفاده شده است.

سیال:

سیال مورد استفاده هوا است که خواص آن در شکل زیر نشان داده شده است.

 

وابستگی سرعت-فشار:

برای وابستگی سرعت-فشار از الگوریتم حل پیوسته(coupled) استفاده شده است. برای گسسته سازی معادله فشار از روش مرتبه دوم و برای گسسته سازی مومنتوم و انرژی از طرح بالادست مرتبه دوم استفاده شده است.

 

نمونه نتایج شبیه سازی: