بخشی از مقاله
خلاصه
در کار حاضر، با شبیه سازی عددی عملکرد اسپری خنک کننده در شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفت .ابتدا به منظور صحت سنجی، نتایج شبیه سازی با نتایج موجود مقایسه شد . در ادامه، پارامتر ضریب انتقال حرارت و همچنین دما در شرایط های مختلف از جمله سرعت وروی هوا و ارتفاع بین نازل و صفحه گرم مورد بررسی قرار گرفت .
نتایج حاصله، بیانگر این است که با افزایش سرعت ورودی و کاهش ارتفاع نازل ، ضریب انتقال حرارت افزایش و دمای میانگین کاهش می یابد.
.1 مقدمه
خنککاری با هوا - air cooling - روشی است برای دفع حرارت. به دلیل ارزانی و دردسترس بودن و سبکی سیال هوا یک راهکار مفید برای از بین بردن حرارت است. در این روش یک جسم را با افزایش سطح خارجی آن یا افزایش جریان هوا روی سطح آن و یا هر دو خنک میکنند.
روش های گوناگونی برای بهبود فرایند خنک کاری سیستم های الکترونیکی پیشنهاد شده است. در سال 1385 احمدرضا عظیمیان و همکاران به بررسی خنک کاری در میکروکانال های مستطیلی به کمک سیال غیرنیوتونی پاورلا - Power Law - پرداختند. دراین مطالعه به بررسی انتقال حرارت در میکروکانال های سه بعدی پرداخته شده است.در حل مسأله،جریان به صورت پایدار،آرام و سیال غیر قابل تراکم در نظر گرفته شده و مشخصات فیزیکی سیال و جامد ثابت می باشد و برای حل معادلات انتقال حرارت نیز از روش حجم محدود استفاده شده است.
همچنین به بررسی اثر تغییرات ضریب توان سیال غیرنیوتونی بر روی طول ورودی حرارتی،هیدرولیکی،پروفیل سرعت سیال،ضریب انتقال حرارت سیال،عدد نوسلت و مقاومت حرارتی میکروکانال های مستطیلی پرداخته شده است.
در سال 1386 فرزاد بازدیدی تهرانی و همکاران به مطالعه در مورد تحلیل عددی جهت مقایسه تکنیک های خنک کاری لایه ای و خنک کاری برخوردی پرداختند. برای افزایش کارآیی توربین های گاز نیاز به افزایش دمای گازهای احتراق در ورودی به توربین می باشد. لذا قطعات داغ از جمله پره های توربین نیاز به خنک کاری جهت محافظت در برابر بارهای حرارتی وارده را دارند.
در مطالعه حاضر با استفاده از روش حجم محدود، تکنیک خنک کاری لایه ای بر اساس یک مدل تجربی موجود مورد تحلیل عددی قرار گرفته است. جریان بصورت سه بعدی، پایا، آشفته، تراکم ناپذیر، لزج و تک فاز در نظر گرفته شده است. در این تحلیل، جریان عبوری از سوراخ های خنک کاری و صفحه فیلم حل عددی شده است. نتایج حاضر با نتایج تجربی موجود مقایسه گردیده است و حاکی از تطابق قابل قبولی می باشد. مدل آشفتگی مورد استفاده در این تحلیل مدل انتقال تنش برشی - k- /667 - می باشد.
سپس همان مدل تجربی با حذف سوراخ های خنک کاری لایه ای و جایگزین کردن با یک سوراخ جت و صفحه خنک کاری برخوردی مورد تحلیل عددی واقع شده است. نتایج حاصله بیانگر افزایش اثربخشی خنک کاری در ناحیه وسیعی از پائین دست محل برخورد جت در مقایسه با روش لایه ای می باشد.
جمیل و همکاران در سال 2011 مطالعه در مورد اندازه گیری تجربی و مدل سازی محاسباتی برای خنک کننده اسپری یک ورق فولاد با دمای بالا انجام دادند. در این مطالعه به بررسی انتقال حرارت و تأثیر بخار آب بر روی سطوح فلزی حرارت داده شده در محدوده هسته به فیلم رژیم جوش پرداخته شده است. شرایط مرزی بخار اب برای سرعت از 30- 0 ، شار جرمی سیال از -07,67 و درجه حرارت سطح استیل از 525-500 تغییر کرده اند.
ضریب انتقال حرارت و توزیع انتقال حرارت تشعشعی در سرعت هوا و شار جرمی سیال اندازه گیری شده است. مطالعات تجربی و شبیه سازی های رایانه ای نشان می دهد که ضریب انتقال حرارت نه تنها با سرعت هوا بلکه با شار جرمی سیال در نقطه رکود هم افزایش یافته است. علاوه بر این مقدار کمی آب اضافه شده در جت هوا انتقال حرارت را به طور قابل توجهی افزایش داده است . بخاطر اسپری بخار ، ضریب انتقال حرارت به طور تقریبا خطی با شار جرمی اب افزایش یافته است .
نتایج حاصل از مطالعه محاسباتی با داده های تجربی در شرایط جوی مقایسه شده و مدل عددی تطابق خوب با داده ها از آزمون نشان داشته است.[4] سی چون کیانگ و همکاران در سال 2011 به توسعه و بررسی تجربی از یک سیستم خنک کننده اسپری جدید و یکپارچه در مدار تبرید پرداخته است.یک سیستم خنک کننده اسپری جدید و یکپارچه در مدار تبرید پیشنهاد شده است و عملکرد آن به صورت تجربی بررسی شده است.
در این سیستم، به جای پمپ در سیستم های اسپری مشترک کمپرسور معکوس کننده استفاده شده است ، نازل نقش اتمیزه و گلوگاه ، محفظه اسپری هم عملکرد اواپراتور را ایفا می کند. فشار ورودی نازل، فشار تبخیر است و درجه خنک کننده در ورودی نازل برای نشان دادن عملکرد درست سیستم در ازمایش تنظیم شده است .سیستم خنک کننده اسپری در این مطالعه ساختار ساده و مراکز کنترل مناسب دارد و عملکرد آن می تواند نیازهای حذف حرارت زائد از اکثر دستگاه های الکترونیکی در کاربردهای واقعی را تامین کند.
آزمایشات شکوهمند و همکاران در سال 2011 به بررسی آنالیز حرارتی در حال حرکت گرمایش القایی از یک استوانه توخالی با اسپری خنک کننده : اثر سرعت، موقعیت اولیه سیم پیچ و هندسه انجام گرفت.در این آزمایش، تجزیه و تحلیل درجه حرارت از روند کامل حرکت در عملیات حرارتی القایی را با استفاده از روش های عددی مورد بررسی قرار داده است.
یک مسئله مغناطیس -حرارتی غیر خطی و ناپایدار با یک سیم پیچ در حال حرکت ، به عنوان منبع گرما در نظر گرفته شده است، توسط یک روش المان محدود بررسی شده است. یک استوانه توخالی عمودی توسط سیم پیچ در حال حرکت با سرعت معین گرم شده، و قطعات گرم شده توسط اسپری آب-هوا در حال حرکت خنک شده اند.
اثرات انتقال حرارت طبیعی با هوا در سطح داخلی و خارجی از سیلندر، و همچنین تشعشع سطح خارجی سیلندر با محیط در نظر گرفته شده است. برای فرونشاندن کار قطعه، نوع خاصی از اسپری خنک کننده اتمیزه که با بهره گیری از مخلوط آب و هوا با جرم های متفاوت استفاده شده است. این روش شامل حرکت شرایط مرزی، خواص وابسته به درجه حرارت و تغییر در نفوذ پذیری مغناطیسی آلیاژ مشخص شده در دمای کوری است.
نتایج عددی به دست آمده در مقایسه با راه حل های تحلیلی با استفاده از روش تابع گرین تأیید شده است .همچنین، اثر سرعت، موقعیت اولیه از سلف و درونی نسبت شعاع های بیرونی به توزیع دما پرداخته شده است.[6] درسال 2011 توسط هانا بلرووا یک تحقیق تجربی و نظری اسپری خنک کننده با یک نازل جت جامد برای ارزیابی ضرایب انتقال حرارت - HTC - با استفاده از نانوسیال آب /آلومینا انجام شده است .
بر اساس یک کاوشگر حرارتی تعبیه شده در یک صفحه تست گرم شده ، منحنی خنک کننده، که نشان دهنده تغییرات درجه حرارت گذرا از صفحه، در شرایط مختلف پاشش اندازه گیری شده است. یک روش انتقال حرارت معکوس پس از آن برای تبدیل این منحنی خنک کننده به HTC به کار گرفته شده است. نتایج نشان داده که پس از اولین قله آن، HTCبا انحراف استاندارد کمتر از 3 از میانگین و متوسط مقدار واحد با ضریب اطمینان می تواند نشان دهنده عملکرد اسپری خنک کننده برای تمام حالات در نظر گرفته شود همچنین نتایج نشان داده که HTC با شدت جریان افزایش یافته است . با مقایسه نتایج نانوسیال با آب خالص، مشخص شده که حدود 45 درصد کاهشHTC اسپری خنک کننده با کسر حجمی تعلیق نانوذرات از -0.1645 افزایش یافته است. کاهش HTC ناشی از تغییر مدت زمان تاثیر اسپری به دلیل وجود نانوذرات به طور خاص مورد بررسی قرار گرفته و یک فرمول تحلیلی برای مرتبط کردن این تاثیر بیشتر به توضیح اثر ترکیبی از نانوذرات بر روی HTC بسط داده شده است.[7]
مطالعه ون- لانگ چنگ درسال 2012 به بررسی تجربی و نظری دمای سطح غیر یکنواخت از اسپری خنک سازی پرداخته است. در این مطالعه، یک سیستم آزمون برای اسپری خنک کن، که در آن دمای سطح گرمایش به طور همزمان توسط ترموکوپل و حرارتی اندازه گیری شده، تشکیل شده است . یک مدل ریاضی از ویژگی های انتقال حرارت خنک کننده اسپری بر اساس اصول دینامیک و انتقال حرارت ارائه شده است .
توزیع دما در سطح های گرم با استفاده از روش تجربی و نظری ، درجه حرارت سطح غیر یکنواختی و عوامل موثر بر آن مورد بررسی قرار گرفته است . پیش بینی مدل با مقایسه نتایج تجربی ،انحراف زیر 10 نشان داده است .نتیجه گرفته شده که دمای سطح غیر یکنواخت تحت تاثیر ویژگی های اسپری : فاصله نازل از سطح ، فشار ورودی، شار حرارتی، زاویه اسپری و فشار سیستم است. در صورت بروز شار گرمایی مشابه، دمای سطح غیر یکنواخت را می توان با کوچک کردن زاویه اسپری، پایین اوردن فشار سیستم ، کم کردن فاصله نازل با سطح و زیاد کردن فشار ورودی، کاهش داد.
.2 شبیه سازی
برای شبیه سازی و تحلیل اسپری خنک کن از نرم افزار تجاری انسیس استفاده شد. نرم افزار مذکور مانند دیگر نرم افزارهاری تجاری مربوط به حل عددی سیالات معادلات پیوستگی وممنتوم را بصورت کوپل حل می نماید
