Heat transfer brought about by impinging jets is common in several industrialapplications such as the cooling of heated objects. The purpose of this investigationis to create a numerical model of an impacting jet, then to use it in parametricresearch and in the cooling of an electronic device. In this work, COMSOL Multiphysics software has been used to carry out a numericalanalysis of a cooling jet impacting a vertical surface. Water and air are the two fluidscompared to each other, and three different materials were selected for modelling theheated object. The model created can be used in many areas. For example, the caseof the air jet hitting an aluminum object is commonly used in the cooling of electronicdevices while the water jet hitting a brick is used in building and construction. Inother words, the highlight of this project is to create a useful tool that can be easilymodified in order to investigate a specific area. To set an example, the cooling of aninsulated gate bipolar transistor (IGBT) has been investigated in this work. Equations related to the conservation of mass and momentum, coupled to the energyconservation equation, have been solved. Several assumptions were carefully andreasonably considered to simplify the simulation and ensure the accuracy andreliability of the results. The effect of the type of the heated material and the distancebetween the tube nozzle and the heated object have been investigated in the study.The results show that the jet is effective in cooling heated objects and can be used inparametric research. In fact, surface temperature and jet velocity have been displayedand discussed and it has been found that the most optimal combination for efficientheat transfer is a shorter distance between the tube nozzle and the heated object, amaterial with higher thermal conductivity, and water as the jet fluid. The impingingjet device has been tested in the cooling of Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)and the results showed that the temperature of the IGBT drops by 14.57%. Despite the accuracy of the results, it is important to recognize the limits of thenumerical model such as the discretization of the physical domain, the resolution ofthe mesh, the assumptions, and the simplifications. In addition, this investigation waslimited to three variable factors. Therefore, further studies are recommended tofurther optimize the cooling effect of the jet, such as the study of nozzle shape, jetvelocity, jet mass flow rate and a 3D-simulation. / Värmeöverföring som orsakas av påverkande strålar är vanligt förekommandeinom flera industriella tillämpningar, såsom kylning av uppvärmda objekt. Syftetmed denna undersökning är att skapa en numerisk modell av en påverkande stråleoch sedan använda den i parametrisk forskning och för att kyla en elektroniskenhet. I detta arbete har COMSOL Multiphysics-programvaran använts för att genomföraen numerisk analys av en kylstråle som påverkar en vertikal yta. Vatten och luft ärde två vätskor som jämförs med varandra, och tre olika material valdes för attmodellera det uppvärmda objektet. Den skapade modellen kan användas inommånga områden. Till exempel används fallet med luftstrålen som träffar ettaluminiumobjekt vanligtvis vid kylning av elektroniska enheter, medanvattenstrålen som träffar en tegelsten används inom bygg- ochkonstruktionsbranschen. Med andra ord är höjdpunkten i detta projekt att skapa ettanvändbart verktyg som lätt kan modifieras för att undersöka ett specifikt område.Som ett exempel har kylningen av en isolerad gatebipolär transistor (IGBT) undersökts i detta arbete. Ekvationer relaterade till mass- och rörelsebevarande, kopplade tillenergibevarelsesekvationen, har lösts. Flera antaganden beaktades noggrant ochrimligtvis för att förenkla simuleringen och säkerställa noggrannheten ochtillförlitligheten hos resultaten. Effekten av uppvärmt materials typ och avståndetmellan tubmunstycket och det uppvärmda objektet har undersökts i studien.Resultaten visar att strålen är effektiv för att kyla uppvärmda objekt och kananvändas inom parametrisk forskning. Faktum är att yttemperaturen och strålenshastighet har visats och diskuterats, och det har konstaterats att den mest optimalakombinationen för effektiv värmeöverföring är ett kortare avstånd mellantubmunstycket och det uppvärmda objektet, ett material med högre termiskledningsförmåga och vatten som strålens fluid. Den påverkande strålenheten hartestats för att kyla en isolerad gatebipolär transistor (IGBT) och resultaten visadeatt temperaturen på IGBT sjunker med 14,57%. Trots resultatens noggrannhet är det viktigt att erkänna begränsningarna hos dennumeriska modellen, såsom diskretiseringen av det fysiska området, upplösningenpå nätet, antaganden och förenklingar. Dessutom var denna undersökningbegränsad till tre variabla faktorer. Därför rekommenderas ytterligare studier för attytterligare optimera strålens kylningseffekt, såsom studiet av munstyckets form,strålens hastighet, strålens massflödesintensitet och en 3D-simulering.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kau-96533 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Hammoud, Moutaz |
| Publisher | Karlstads universitet, Institutionen för ingenjörs- och kemivetenskaper (from 2013) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0024 seconds