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Previous issue date: 2012-05 / Milton Valente / Nos dias atuais, os componentes eletrônicos estão cada vez mais potentes e com mais dispositivos integrados e há a necessidade de uma dissipação térmica mais eficiente. Os atuais ventiladores e dissipadores de calor usando ar como fluido de trabalho estão ficando obsoletos. Por este motivo, torna-se necessário o desenvolvimento de um sistema mais eficiente. Existem três técnicas principais em estudo nesta área: resfriamento líquido, trocadores de calor compostos por microcanais e jatos sintéticos como transmissores de quantidade de movimento ao fluido. Entretanto, a análise em pequena escala encontra limitações experimentais de modo que uma abordagem por Dinamica de Fluidos Computacional (Computational Fluid Dynamics – CFD) é mais recomendável para caracterizar e validar o desempenho dos jatos sintéticos. O objetivo principal deste trabalho é realizar uma análise fluidodinâmica de jatos sintéticos e caracterizar a troca térmica de jatos sintéticos colidindo sobre uma superfície aquecida, através de simulação numérica. A flexibilidade da aproximação numérica também possibilita o estudo da sensibilidade do design a vários parâmetros físicos e geométricos, tais como o número de Reynolds, a frequência do atuador, o número de Prandtl, a distância da placa aquecida ao orifício da cavidade, o formato do orifício do atuador, a profundidade da cavidade e a espessura da placa do orifício. Os resultados caracterizam o efeito dos parâmetros físicos e geométricos de interesse na formação do jato e na dissipação térmica. O conhecimento agregado neste estudo permitiu determinar uma correlação para o número de Nusselt em função da frequência adimensional – o número de Strouhal – do número de Reynolds, do número de Prandtl e da distância adimensional da superfície aquecida ao orifício. Assim, é possível prever o comportamento de tais jatos sobre a superfície aquecida, e assim contribuir para os atuais estudos nesta linha de pesquisa. Os resultados apresentados tem então aplicação em estudos posteriores, de maior complexidade de design com atuadores combinados com trocadores de calor de aletas, coolers e micro canais, resultando em avanços na área de resfriamento de microchips. / Current electronic components are becoming ever more potent and densly integrated, which requires further increases in the efficiency of heat dissipation. With current fan-based heat dissipation techniques with air as the working fluid becoming outdated, there is a pressing need to develop more eficient methods to cope with demand. So far, three techniques have been the primary focus of studies in this area: liquid cooling, microchannel heat exchangers and synthetic jets used to promote increased momentum transfer. Analysis of such devices at the small physical scale of electronic components is somewhat problematic in experimental form so that a computational fluid dynamics (CFD) approach is recommended. The main objective of this study is thus to utilize a CFD approach to establish the performance characteristics of a synthetic jet impacting against a heated surface. The flexibility of a numerical approach also allows the examination of the sensibility of the design with respect to several physycal and geometric parameters such as Reynolds number, pulsing frequency, jet orifice shape and size, cavity size and distance between the heated surface and the device. Such results, provide insight in the effect of physical and geometric parameters in the jet formation and heat dissipation. The combined knowledge of this study allowed the development of a practical correlation for the Nusselt number based on the Strouhal number (normalized pulsing frequency), Reynolds number, Prandtl number and the distance between the heated surface and the synthetic jet. This result allows improved predictions of a jet impacting against a heated surface and, consequently, adds an important contribution to other studies in this area. It is expected that the results presented here will be the starting point for further work, in which increasingly complex geometries such as actuators combined with heat exchangers equipped with fins, coolers or microchannels are examined to further improve the knowledge in the field of electronic cooling.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.jesuita.org.br:UNISINOS/4318 |
| Date | 05 1900 |
| Creators | Lehnen, Matheus Vicenzo |
| Contributors | http://lattes.cnpq.br/4220386745918986, Lee, Conrad Yuan Yuen |
| Publisher | Universidade do Vale do Rio dos Sinos, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Unisinos, Brasil, Escola Politécnica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UNISINOS, instname:Universidade do Vale do Rio dos Sinos, instacron:UNISINOS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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