전자기기 냉각을 위한 적층형 히트싱크의 방열 특성에 관한 연구
A Study on the Heat Dissipation Characteristics of Stacking Type Heat Sink for Electronic Device Cooling
- 발행기관 亞洲大學校 大學院
- 지도교수 崔允豪, 尹在鎬
- 발행년도 2005
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
최근 전자기기의 소형화, 고집적화로 인해, 전자제품의 성능향상 및 신뢰성의 요구가 정보통신, 개인용 컴퓨터, 전자기기, 자동화기기 등의 여러 분야에서 중요하게 대두 되고 있다. 본 연구에서는 이러한 전자기기 시스템의 방열문제에 필수적인 고효율 히트싱크의 실험 및 수치해석에 대한 연구를 수행하였다. 동일한 크기의 히트싱크 밑면에 대하여 동일한 체적을 갖는 압출형 히트싱크, 다공성 히트싱크, 적층형 히트싱크(A-Type, B-Type), 등에 대하여 강제대류 냉각방식에 대하여 방열성능 실험을 수행하였다. 히트싱크의 냉각특성은 자연대류 냉각방식에 대하여 압출형 히트싱크, 다공성 히트싱크, 적층형 히트싱크 순서로 방열성능이 우수하였으나, 강제대류 냉각방식에 대하여 적층형 히트싱크가 압출형 히트싱크, 다공성 히트싱크 순서로 각각 대략 23% 정도 방열성능이 우수하게 나타났다. 따라서 적층형 히트싱크가 강제대류 냉각방식에서 방열성능이 우수함을 알아내고, 열전달 현상에 영향을 미치는 인자인 핀 피치, 핀 높이, 히트싱크 높이 변화에 대하여 열전달 및 압력강하 특성에 대한 연구를 수행하였으며, 열전달 특성에 대해서는 히트싱크의 높이가 낮아지면서 설계인자의 영향이 적으며, 공기 속도가 증가함에 따라 히트싱크 높이에 따른 영향이 크게 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한 압력강하량은 핀 높이 보다는 핀 피치의 영향을 크게 받으며, 히트싱크의 높이가 감소하면서 핀 피치와 핀 높이에 대한 압력강하량의 영향은 크게 감소하는 것으로 나타났다. 실험 결과로부터 적층형 히트싱크의 설계인자인 Reynolds 수, 핀 높이, 핀 피치, 히트싱크 높이 변화가 Nusselt 수 및 압력강하 특성에 어떠한 영향을 미치며, 적층형 히트싱크 설계 시 열전달량 및 히트싱크의 설계인자를 결정하는데 적용하기 위하여 아래와 같이 상관식을 유도하여 각각 0.5%~11%, ±14%의 오차 내에서 일치함을 확인했다. ◁수식 삽입▷(원문을 참조하세요) 그리고 적층형 히트싱크의 수치해석을 수행하고, 동일한 조건의 실험결과와 비교하여 4.9%~15%의 범위에서 일치함을 확인하였으며, 열전달 및 유동특성에 대하여 고찰하였고, 적층형 히트싱크의 성능향상에 대한 개선방안을 제시하였다.
more초록/요약
This study was investigated for experiment and numerical analysis of the high efficiency stacking type heat sinks for electronic device cooling. For the same volume and base plate area of heat sinks, the experiment of heat transfer characteristics was conducted for forced convection of the various heat sinks such as extruded heat sink, aluminum foam heat sink, stacking type heat sink(A-Type, B-Type). The cooling performane of stacking type heat sink showed superior about 23% to extruded and aluminum foam heat sink. Heat transfer and pressure drop characteristics of stacking type heat sink were experimentied for the fin pitch, fin height and height of stacking type heat sink. From the experimental data of stacking type heat sink the correlation equations of Nusselt and pressure drop were obtained as follows: ◁수식 삽입▷(원문을 참조하세요) It will be expected that the stacking type heat sink can be actually applied to electronic device from this study. Also, The experimental heat transfer performance is compared to numerical analysis for the same condition and geometry of stacking type heat sink. The experimental data have good agreement with the numerical analysis results within 4.9%~15% of the thermal resistance.
more목차
목차
요지 = ⅰ
목차 = ⅲ
Nomenclature = ⅴ
List of Figures = ⅶ
List of Tables = ⅹ
제 1장 서론 = 1
1.1 연구 배경 = 1
1.2 연구 목표 및 내용 = 3
1.2.1 연구 목표 = 3
1.2.2 연구내용 = 4
제 2장 방열 설계 방법 = 6
2.1 방열설계 = 6
2.1.1 방열설계 접근방법 = 6
2.1.2 방열설계의 순서 = 8
2.2 방열 핀의 열전달 = 12
2.2.1 핀 효율 = 13
2.2.2 전열촉진 = 14
2.2.3 전열회로망 = 15
제3장 실험 장치 및 결과고찰 = 21
3.1 실험 장치 구성과 히트싱크 제작 = 21
3.1.1 실험 장치 구성 = 21
3.1.2 다양한 형상의 히트싱크 제작 = 24
3.1.3 적층형 히트싱크 제작 = 25
3.2 실험방법 = 29
3.2.1 다양한 형상의 히트싱크 = 29
3.2.2 적층형 히트싱크 성능실험 = 30
3.3 실험결과 및 고찰 = 31
3.3.1 다양한 형상의 히트싱크에 따른 열전달 특성 = 31
3.3.2 적층형 히트싱크의 열전달 특성 = 32
(1) 핀 형상 변화에 따른 열성능 비교 = 32
(2) 적층형 히트싱크 높이에 따른 Nu수 비교 = 36
(3) 적층형 히트싱크 압력강하량 = 40
3.3.3 적층형 히트싱크(A-Type, B-Type)의 방열특성 비교 = 45
제 4장 적층형 히트싱크에 대한 수치해석 = 48
4.1 해석 모델 = 48
4.2 지배방정식 = 50
4.3 열ㆍ유동장 해석 = 52
4.4 수치해석과 실험치의 비교 = 55
4.5 온도장 및 유동장 분석 = 56
제 5장 결론 = 61
참고문헌 = 63
Abstract = 67
