Heat pipes in electronics cooling - modelling and experiments

• Autorzy: Legierski J.

Warianty tytułu

PL

Rury cieplne w systemach chłodzenia układów elektronicznych - modelowanie i eksperymenty

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the modelling and measurements of the heat and mass transfer in heat pipes. In a steady state the heat pipe is modelled as a very high thermal conductivity element. The transient model of the heat pipe includes the effects of liquid evaporation and condensation inside the heat pipe. The internal vapour flow has been fully simulated using computational fluid dynamics. The theory has been compared with experimental measurements using thermographic camera and contact thermometers. The main purpose of this study is to determine the effective heat pipe thermal conductivity in a transient state during the pipe operation start up and temperature increase.

PL

Rury cieplne zapewniają efektywne odprowadzanie ciepła z przyrządów i układów elektronicznych. W pracy autor podał przykłady implementacji tych ciepłowodów w systemach chłodzenia układów elektronicznych. W rozprawie wykazano, zarówno na drodze symulacji, jak i pomiarów, wzrost efektywności odprowadzania ciepła z układu, osiągnięty dzięki zastosowaniu rury cieplnej. W pracy przedstawiono zbudowany z wykorzystaniem oprogramowania ANSYS® model rury cieplnej dla stanów ustalonych, w którym zastąpiono rurę ciepłowodem o dużej przewodności cieplnej. We wstępie pracy przedstawiono podobne modele zamieszczone w literaturze, jednak w przeciwieństwie do autorów tych publikacji, w niniejszej rozprawie, wartość zastępczej przewodności termicznej rury cieplnej Xeg= 18000 W/(m-K), została wyznaczona na podstawie danych producenta. W kolejnym kroku, z wykorzystaniem oprogramowania FLUENTŽ zbudowano dynamiczny model CFD rury cieplnej, dodając napisane przez autora warunki brzegowe (parowanie i skraplanie). W symulacjach nie został zamodelowany powrotny ruch cieczy z skraplacza do parownika w materiale porowatym. Zastosowany model jest oryginalnym modelem, opracowanym przez autora pracy. W przeciwieństwie do znanych z literatury, dynamicznych modeli rury cieplnej wartość współczynnika parowania e w modelu Hertza - Knudsena nie została założona a priori, lecz wyznaczona w sposób eksperymentalny, dla danego, badanego typu rury cieplnej. W wyniku symulacji, otrzymano przebieg zmian zastępczej przewodności cieplnej rury w czasie A^/t). Otrzymane wartości Ą^dla rury cieplnej o średnicy 4mm, kwestionują wartość 18000 W/(m-K), otrzymaną na podstawie charakterystyk producenta, jako zbyt dużą. Otrzymane w wyniku symulacji wartości temperatury i ciśnienia w rurze są zbliżone wartości zamieszczanych w literaturze. Przeprowadzając symulacje udało się również dowieść, iż model CFD rury cieplnej, pierwotnie przeznaczony do analizy jej pracy w stanach dynamicznych, bardzo dobrze spełnia swoją rolę w symulacjach stanu ustalonego pracy tego ciepłowodu.

Słowa kluczowe

EN

electronics; heat pipe; cooling; thermography

PL

elektronika; rura cieplna; chłodzenie; termografia

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Łódzka
• Rocznik: 2008
• Tom: z. 115
• Strony: 69--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz.

Twórcy

autor

Legierski J.

• Technical University of Łódź, Institute of Electronics

Bibliografia

• [1] Eames I.W., Marr N., Sabir J.H.: The evaporation coefficient of water: a review, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 40. No. 12, 1997, pp. 2963-2973.
• [2] Garner S.D.: Heat pipes for electronics cooling applications. Electronics Cooling, September 1996.
• [3] Wajman T., Wiecek B., Felczak M.: Vaporation from capillaries in cooling electronics devices - evaporation coefficient evaluation, MIXDES, 2003.
• [4] Thyrum G.: Critical aspects of modelling heat pipe assisted heat sinks, Thermacore Inc., http://www.thermacore.com
• [5] Toth J., DeHoff R., Grubb K.: Heat Pipes: The Silent Way to Manage Desktop Thermal Problems. Thermacore Inc., I-THERM, Seattle, 1998.
• [6] Miniaturę Heat Pipes HP-NB Product Data Guide, Thermacore Inc. 4/8/1998.
• [7] Legierski J., Wiecek B.: Steady State Analysis of Cooling Electronic Circuits Using Heat Pipes. IEEE Transactions on components and packaging technologies Vol. 24, No 4, December2001.
• [8] Legierski J., Wiccek B., De Mey G.: Measurements and simulations of transient characteristics of heat pipes. IEEE Transactions Microelectronics and Reliability, Vol. 46, Issue 1, January 2006, pp. 109-115.