Document

Performance analysis of a multiple micro-jet impingements cooling model.

Author
Contributors
Samad, A., Author
Kim, K. Y., Author
Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2016
Language
English
English abstract
The present study investigates the thermal performance of a multiple micro-jet impingements model for electronics cooling. The fluid flow and heat transport characteristics were investigated for steady incompressible laminar flow by solving three-dimensional (3D) Navier-Stokes equations. Several parallel and staggered micro-jet configurations (ie. inline 2 × 2, 3 × 3 and 4 × 4 jets, and staggered five-jet and 13-jet arrays with the jet diameter to the channel height ratios from 0.25–0.5) were analyzed at various flow rates for the maximum temperature rise, pressure drop, heat-transfer coefficient, thermal resistance, and pumping power characteristics. The parametric investigation was carried out based on the number of jets and the jet diameters at various mass flow rates and jet Reynolds numbers. Temperature uniformity and coefficient of performance were evaluated to find out the trade-off among the various designs investigated in the present study. The maximum temperature rise and the pressure drop decreased with an increase in the number of jets except in the case of staggered five-jet array. A higher temperature uniformity was observed at higher flow rates with a decrease in the coefficient of performance. The performance parameters, such as thermal resistance and pumping power, showed a conflicting nature with respect to design variables (viz. jet diameter to stand-off ratio and interjet spacing or number of jets) at various Reynolds numbers within the laminar regime.
Member of
ISSN
1726-6742
Citation
Husain, A., Al-Azri, N. A., Samad, A., & Kim, K. Y. (2016). Performance analysis of a multiple micro-jet impingements cooling model. The Journal of Engineering Research, 13 (1), 58-71.
Arabic abstract
تبحث هذه الدراسة الأداء الحراري لنموذج الارتطام متعدد النافثات الدقيقة والمستخدم في تبريد الإلكترونيات. تم تحري خواص المائع المستخدم والانتقال الحراري في حالة الجريان الصفيحي الثابت والغير قابل للانضغاط وذلك عن طريق حل معادلة نافييه ستوكس ثلاثية الأبعاد. كما بحثت الدراسة تأثير ترتيب النافثات المتوازية والمتداخلة على الأداء باستخدام ترتیب خطي على شكل 2X2 و 3 X3 و 4X 4، وترتيب تداخلي باستخدام 5 نافثات و 13 نافثة، وباستخدام نسبة قطر النافثة لعمق القناة ما بين 0.25 إلى 0.5، وتحليلها باستخدام معدلات تدفق مختلفة لأقصى ارتفاع لدرجة الحرارة، وانخفاض الضغط، ومعامل الانتقال الحراري، والمقاومة الحرارية، وقدرة الضخ. كما تم إجراء التحقيق البارومتري استنادا إلى عدد النافثات وقطرها على مختلف معدلات التدفق وأرقام رينولد المتباينة، كما تم تقييم مدى توحيد درجة الحرارة ومعامل الأداء لمعرفة المفاضلة بين مختلف التصاميم التي حققت فيها الدراسة. إن أقصى ارتفاع لدرجة الحرارة وانخفاض الضغط وجد أنها تقل مع زيادة عدد النافثات باستثناء الترتيب التداخلي ذي الخمس نافثات. ولوحظ وجود أعلى انتظام في درجة الحرارة مع معدلات التدفق العالية المرافق لها انخفاض في مستوى الأداء. أن معايير الأداء، مثل المقاومة الحرارية وقدرة الضخ أظهرت تعارض مع متغيرات التصميم كنسبة قطر النافثات لمعامل المكث، والتباعد بين النافثات، وعدد النافثات ، وذلك على مختلف أرقام رينولد في الجريان الصفيحي.
Category
Journal articles