Date of Award

4-2023

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Mechanical Engineering (MSME)

Department

Mechanical and Aerospace Engineering

First Advisor

Fadi Alnaimat

Second Advisor

Bobby Mathew

Abstract

This study aims to investigate Microchannel Heat Sinks with side wall fins through a model-based approach. The primary objective of the project is to design and analyze the thermal performance of straight Microchannel Heat Sinks with square and triangle-shaped fins on sidewalls. To examine their performance, a computational fluid dynamics (CFD) simulation study is conducted using the ANSYS Fluent software. The study starts by creating a CAD model of the heat sink and then analyzing its thermal properties with the ANSYS Fluent software. From the CFD simulation study, numerical results are obtained for different operational and geometrical conditions. The study employed the Figure of Merit (FOM) approach to balance the advantages of thermal enhancement with the drawbacks of increased pressure drop. The study demonstrates that incorporating square or triangle-shaped fins enhances thermal performance, but at the cost of increased pressure drop. Moreover, increasing the size of the fins lowers thermal resistance; however, Design 1, which features smaller fins, yields a higher Figure of Merit (FOM) for both designs. Furthermore, reducing the spacing between the fins lowers thermal resistance, but Design 4, which has larger spacing than Design 5, yields a higher FOM in both designs. Additionally, smaller channel sizes reduce thermal resistance, but Design 6 with larger size than Design 7 offers higher FOM in both designs. The study also indicates that reducing the spacing between channels results in higher FOM values in both designs. Importantly, square-shaped fin microchannels consistently outperformed triangle fin microchannels in all cases. These results highlight the importance of achieving a balance between thermal performance and Pumping Power in heat sink design.

Arabic Abstract


تحليل انتقال الحرارة للمشتت الحراري ذي القنوات الدقيقة باستخدام تصاميم مستقيمة ومدمجة مع امتدادات مسمارية

تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق في المشتتات الحرارية ذات القنوات الصغيرة ذات الزعانف الجدارية الجانبية من خلال نهج قائم على النموذج. الهدف الأساسي للمشروع هو تصميم وتحليل الأداء الحراري للمشتتات الحرارية المستقيمة ذات القنوات المتناهية الصغر ذات الزعانف المربعة والمثلثة الشكل على الجدران الجانبية. لفحص أدائهم، تم إجراء دراسة محاكاة لديناميات الموائع الحسابية (CFD) باستخدام برنامج (ANSYS Fluent). تبدأ الدراسة بإنشاء نموذج CAD للمشتت الحراري ثم تحليل خصائصه الحرارية باستخدام برنامج (ANSYS Fluent). سيتم الحصول على نتائج عددية لظروف تشغيلية وهندسية مختلفة. استخدمت الدراسة نهج رقم الاستحقاق (FOM) لموازنة مزايا التعزيز الحراري مع عيوب انخفاض الضغط المتزايد. توضح الدراسة أن دمج الزعانف المربعة أو المثلثة الشكل يعزز الأداء الحراري، ولكن على حساب زيادة انخفاض الضغط. علاوة على ذلك، فإن زيادة حجم الزعانف يقلل المقاومة الحرارية؛ ومع ذلك، فإن التصميم 1، الذي يتميز بزعانف أصغر، يعطي رقمًا أعلى من الجدارة (FOM) لكلا التصميمين. أيضا، يؤدي تقليل التباعد بين الزعانف إلى تقليل المقاومة الحرارية، لكن التصميم 4، الذي يحتوي على تباعد أكبر من التصميم 5، ينتج عنه (FOM) أعلى في كلا التصميمين. بالإضافة إلى ذلك، تعمل أحجام القنوات الأصغر على تقليل المقاومة الحرارية، لكن التصميم 6 بحجم أكبر من التصميم 7 يوفر (FOM) أعلى في كلا التصميمين. تشير الدراسة أيضًا إلى أن تقليل التباعد بين القنوات ينتج عنه قيم (FOM) أعلى في كلا التصميمين. الأهم من ذلك، أن القنوات الدقيقة ذات الزعنفة المربعة تفوقت باستمرار على القنوات الدقيقة ذات الزعانف المثلثية. هذه النتائج تبين أهمية التوازن بين الأداء الحراري وقوة الضخ في تصميم المشتت الحراري.

Download
COinS