آموزش شبیه سازی هیت سینک و فرایند خنک کاری آن

نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی هیت سینک و فرایند خنک کاری آن

شرح مسأله

مسأله ­ی حاضر مربوط به شبیه­ سازی یک هیت سینک پرداخته است. در مدل حاضر، یک سطح به عنوان منبع حرارتی دارای شار حرارتی معادل 600000 W.m^-2 در کف مدل قرار گرفته است که وظیفه­ ی تولید مداوم حرارت را بر عهده دارد. روی این سطح، یک جسم جامد با چند ردیف شیار موازی قرار گرفته است تا فرایند خنک کاری سطوح دارای حرارت بالا را انجام دهند. بر روی این جسم جامد و در فضای بین این شیارهای موازی، جریان آب برقرار می­باشد تا موجب انتقال حرارت از سطوح جامد به سمت خود گردند؛ به طوری که وجود این شیارها موجب افزایش سطح تماس بین جسم جامد و جریان آب شده و درنتیجه فرایند خنک ­کاری تقویت می­گردد. ماده­ ی جامد به کار گرفته شده در مدل از آلومینیوم می­باشد، زیرا آلومینیوم دارای خاصیت انتقال حرارت بسیار مناسبی می­باشد.

برای شبیه ­سازی حاضر از چند فرض استفاده شده است:

• حل مسأله بر اساس دیدگاه pressure-based انجام گرفته است.
• شبیه ­سازی مذکور از نظر زمانی به صورت پایا (steady) می­باشد.
• اثر گرانش زمین بر روی مدل نادیده گرفته شده است.

گام 1) ترسیم هندسه و شبکه بندی

هندسه­ ی مدل حاضر به صورت سه ­بعدی و با استفاده از نرم ­افزار design modeler طراحی شده است. از آنجایی که مدل حاضر متقارن می­باشد، مدل به صورت نیمه متقارن ترسیم شده است. مدل حاضر مربوط به یک هیت سینک می­باشد که شامل یک بخش جامد (solid) و یک بخش سیال (fluid) می­باشد. بخش جامد دارای یک سری شیارهای موازی می­باشد که مسیر جریان سیال از بین این شیارهاست. شکل 1 نمایی از هندسه­ ی ترسیمی را نشان می­دهد.

شکل 1 : نمایی از هندسه­ ی ترسیمی

شبکه­ بندی مدل حاضر توسط نرم­افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه ­بندی به صورت سازمان یافته و یکنواخت انجام شده و تعداد سلول­ها معادل 168480 می­باشد. شکل 2 نمایی از شبکه ­بندی انجام گرفته را نشان می­دهد.

شکل 2 : نمایی از شبکه­ بندی

گام 2) مراحل شبیه ­سازی

خلاصه ­ای از مراحل تعریف مسأله و تعریف حل آن در جدول 1 آمده است :

گام 3) نتایج نهایی

پس از فرایند حل، کانتورهای دو بعدی و سه بعدی مربوط به دما، فشار، سرعت و همچنین خطوط جریان سه بعدی حاصل شده است. کانتورهای دو بعدی در دو مقطع یعنی xoz به فاصله­ ی 0.00025 m از کف جسم جامد و 0.00010 m از کف مقطع ورودی سیال و xoy به فاصله­ی 0.01 m از مقطع ورودی جریان ترسیم شده­اند. شکل­های 3 الی 11 نتایج حاصل را نشان می­دهد.