Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:53:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2016 / Abstract: The proper functioning and reliability of electronic components depend upon adequate thermal management since high temperature isthe principal vector of failure in these devices. The growing complexityof current electronic component design associated with the everincreasingpower consumption and the continuous scale reduction placethermal management of electronics as one of the most strategic challengesfor technological innovation in heat transfer. Therefore, new conceptsfor high heat ux removal are required, such as mechanical vapor compression refrigeration, which is among the most promising activecooling technologies. This thesis presents a novel heat sink for thermalmanagement of electronic devices. The cooler was designed to operateintegrated with a compact vapor compression refrigeration system andcombines the expansion device and the evaporator in a single coolingunit, thus producing a highly eective two-phase jet impingement cooling of the heated surface. An experimental apparatus was designedand built which operates with a small-scale oil-free linear compressor using R-134a as the working uid. A purpose-built calorimeter wasdeveloped to measure the heat dissipation rate through the compressorshell, thus providing closure for the overall system energy balance. Thethermal performance of both the jet impingement cooling module andthe vapor compression refrigeration system were evaluated for a varietyof operating conditions. In addition, a comprehensive thermodynamicanalysis was performed using dierent performance metrics. Experimentshave been carried out with single and multiple orice congurationsof the jet heat sink. The inuence of the following parameters wasquantied: (i) applied thermal load, (ii) orice diameter, (iii) oriceto-heater distance, (iv) hot reservoir temperature and (v) compressorpiston displacement. At operating conditions for which the system pressure ratio ranged from 1.4 to 2.2, the two-phase jet heat sink wascapable of dissipating cooling capacities of up to 160 W and 200 Wfrom a 6.4-cm2 surface for single and multiple orice congurations,respectively, maintaining the temperature of the impingement surfacelower than 40°C with heat transfer coecients ranging from around 14,000 to 16,000 W/(m2K).<br> / O funcionamento e a confiabilidade de componentes eletrônicos dependem do seu gerenciamento térmico visto que temperatura e o principal vetor de falha operacional nestes sistemas. A crescente complexidade no projeto de componentes eletrônicos associada ao aumento do consumo de potencia e a contínua redução de escala colocam o gerenciamento térmico de dispositivos eletrônicos como um dos maiores desafio para inovação tecnológica em transferência de calor. Assim, novos conceitos são necessários tais como o emprego de sistemas de refrigeração por compressão mecânica de vapor, que estão entre as mais promissoras tecnologias de resfriamento ativo. A presente tese introduz um novo aparato para o resfriamento de componentes eletrônicos que opera integrado a um sistema de refrigeração compacto e combina o dispositivo de expansão e o evaporador em uma mesma unidade de resfriamento. A técnica de resfriamento e baseada em jatos bifásicos incidentes sobre uma superfície aquecida. Uma bancada experimental que opera comum compressor linear compacto e utiliza R-134a puro como fluido refrigerante foi projetada e construída. Um calorímetro foi desenvolvido para verificação indireta do fechamento dos balancos de energia do sistema, quantificando o calor dissipado na carcaça do compressor. Os desempenhos térmicos do evaporador de jatos bifásicos e do sistema de refrigeração foram avaliados para varias condições operacionais. Uma análise termodinâmica foi conduzida envolvendo diferentes métricas de desempenho. Experimentos foram realizados com um único bocal e com múltiplos bocais de atomização. A influência dos seguintes parâmetros foi quantificada: (i) carga térmica aplicada, (ii) diâmetro do orifício do bocal, (iii) distancia do bocal a superfície de incidência, (iv) temperatura do reservatório quente e (v) deslocamento linear do pistão do compressor.Em condições de operação para as quais a razão de pressão do sistema variou de 1,4 a 2,2, o evaporador de jatos bifásicos foi capaz de remover cargas térmicas de ate 160 W e 200 W em uma superfície com 6,4 cm2 de área utilizando configurações de jatos único e múltiplos, respectivamente. Para estes casos, a temperatura da superfície foi mantida abaixo de 40°C e coeficientes de transferência de calor de 14.000 a 16.000 W/(m2K) foram atingidos.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/168104 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Oliveira, Pablo Adamoglu de |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Barbosa Junior, Jader Riso |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 228 p.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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