Améliorer les performances des mini

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 9402 (2022) Citer cet article

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La combinaison du nano fluide et des effets de dissipateur thermique de mini-canaux à section transversale changeante est devenue un choix remarquable pour l'utilisation de dispositifs thermiques tels que des dispositifs électroniques miniatures à refroidir efficacement. Dans cet article, la comparaison de la configuration tridimensionnelle des canaux droits et ondulés avec l'utilisation de différents types de nano-fluides est étudiée numériquement. Les effets de l'amplitude des ondes et d'un type particulier de fraction volumique des fluides (oxyde de cuivre CuO, Dimond Al2O3, oxyde de fer Fe3O4, oxyde de titane TiO2 et argent Ag-nano sont proposés. Trois amplitudes d'ondes (0,15 mm, 0,2 mm et 0,25 mm) et le nombre de Reynold de 200 à 1000 et des variétés de volume de concentration de 0 à 0,075 sont utilisés. L'effet sur la résistance thermique, les pressions chutent, le facteur de friction du mini-canal est affiché. On observe que l'efficacité du transfert de chaleur du dissipateur du mini-canal est grandement améliorée par rapport au canal droit en cas d'ajout d'eau distillée comme liquide de refroidissement. Les résultats indiquent que le nano-fluide et le mini-canal ondulé peuvent augmenter l'efficacité hydrothermique du dissipateur thermique et le nano-fluide Ag-eau en termes de transfert de chaleur, il surpasse les autres nanofluides, une amélioration du nombre de Nusselt atteignant 54 % à un volume de concentration de 0,075.

Dans le dernier quart du siècle dernier, l'invention des dispositifs microélectroniques a révolutionné l'industrie de l'électronique en 1965, Moore a vu cette vignette et a montré que "tous les deux ans", le nombre de transistors dans un circuit intégré a doublé et prédit que cela se poursuivra dans le futur. Au cours des dernières décennies, les contraintes sur les sources d'énergie traditionnelles et les problèmes de pollution de l'environnement ont incité les ingénieurs à récupérer l'efficacité des systèmes thermiques, car ces appareils produisent de la chaleur pendant leur fonctionnement et doivent être extraits en continu pour leur fonctionnement efficace et fiable.

À cette fin, un dissipateur thermique est utilisé, car les dissipateurs thermiques refroidis par air sont l'équipement de refroidissement de processeur électronique le plus largement utilisé, et en raison de la faible conductivité thermique et de la capacité thermique de l'air, ces systèmes ne peuvent pas refroidir les processeurs rapides de dimension mineure et, par conséquent, le flux de chaleur est très élevé. Bien que les dissipateurs thermiques refroidis par liquide aient des performances supérieures par rapport à l'air, l'amélioration des performances de ces dispersants a attiré l'attention des chercheurs, car les fluides de travail traditionnels sont caractérisés par de faibles performances thermiques, il est donc nécessaire d'utiliser des fluides avec de meilleures propriétés thermiques au lieu des liquides conventionnels. ance des fluides à l'échelle nanométrique est plus grande que les liquides conventionnels et donc ils sont plus efficaces dans les dispositifs de refroidissement.

L'effet de l'utilisation de nano-fluides comme liquide de refroidissement a été étudié numériquement par Mohammed et al.1 sur les caractéristiques d'écoulement de fluide et de transfert de chaleur dans un dissipateur thermique à microcanal rectangulaire (MCHS). L'oxyde d'aluminium avec de l'eau est utilisé comme fluide de refroidissement. Le résultat a montré que le coefficient de transfert de chaleur et la contrainte de cisaillement de la paroi sont augmentés lorsque la fraction volumique des nanoparticules est augmentée, bien que la résistance thermique du dissipateur thermique soit réduite.

Les dissipateurs de chaleur à micro-canaux rectangulaires, trapézoïdaux et triangulaires ont été étudiés numériquement par Gunnasegaran et al.2. Le résultat a montré que le coefficient de transfert de chaleur plus élevé peut être atteint dans les dissipateurs thermiques avec un petit diamètre hydraulique. L'eau a été utilisée comme fluide caloporteur dans la géométrie tridimensionnelle.

Farsad et al.3 ont présenté une étude numérique du dissipateur thermique à micro-canaux (MCHS) en cuivre en utilisant trois types de nanoparticules (Al2O3–H2O, CuO–H2O et Cu–H2O) comme fluides de refroidissement. Les résultats ont montré que la compétence de refroidissement d'un dissipateur thermique à microcanal à nanofluide (Al2O3/H2O) (0,08) est améliorée d'environ 4,5 % par rapport aux dissipateurs thermiques à microcanal à eau distillée. De plus, en raison de la conductivité thermique élevée du nanomatériau matlique pur, il produit une amélioration thermique élevée par rapport au nanomatériau matlique oxyde.

Ho et Chen4 ont étudié expérimentalement une performance thermique du nano fluide (Al2O3/H2O) en tant que fluide de refroidissement dans un dissipateur thermique à mini-canal de forme rectangulaire. Les résultats ont montré que le dissipateur thermique refroidi par nano-fluide a des coefficients de transfert de chaleur moyens significativement plus élevés et dépasse plus tard les dissipateurs thermiques refroidis par eau.

L'efficacité thermique d'un dissipateur thermique à minicanal rectangulaire avec un nanofluide (Al2O3–H2O) comme fluide de travail à la place de l'eau pure a été expérimentalement examinée par Sohel et al.5. Le résultat a montré que le coefficient de transfert de chaleur a été amélioré jusqu'à 18 %. Le nano fluide a considérablement réduit la température de base du dissipateur thermique (environ 2,7 ° C) à l'eau pure.

Xia et al.6 ont étudié numériquement l'écoulement des fluides et le transfert de chaleur dans un dissipateur thermique à microcanaux avec des positions d'entrée/sortie dissemblables (type I, Z et C). L'eau a été choisie comme fluide caloporteur de travail. Les résultats ont montré que l'uniformité de la vitesse d'écoulement est relativement meilleure pour le type I et médiocre pour le type Z.

Le dissipateur thermique à microcanal ondulé et l'application de nano-fluide ont été étudiés numériquement par Sakanova et al.7. L'alumine de diamant avec de l'eau pure a été utilisée comme liquide de refroidissement. Une géométrie à trois dimensions avec une paroi ondulée parallèle supérieure et inférieure a été étudiée. Le résultat a montré que l'effet de la paroi ondulée améliore plus nettement le transfert de chaleur par rapport au mélange d'alumine dimond. Sivakumar et al.8 ont étudié expérimentalement les performances de transfert de chaleur par convection forcée dans des nanofluides (alumine Al2O3 et oxyde de cuivre CuO–H2O) dans un dissipateur thermique à microcanal en forme de serpentin. Les résultats ont montré que le coefficient de transfert de chaleur du nano-fluide CuO/eau a augmenté par rapport à Al2O3–H2O et à l'eau distillée.

Li et al.9 ont examiné l'amélioration du transfert de chaleur et de la génération d'entropie du flux de convection laminaire de nanofluides Al2O3–H2O dans des microcanaux avec des instruments de contrôle de flux (cylindre, rectangulaire, saillie et rainure en V). Le résultat de cette enquête a montré que le facteur de frottement relatif f/f0 du microcanal des dispositifs rectangulaires est significativement plus grand que les autres formes.

Liu et al.10 ont étudié numériquement le comportement de dissipateurs thermiques à mini-canaux avec des entrées non uniformes. Ils ont montré que le comportement des dissipateurs thermiques à mini-canaux peut être réellement influencé par la redistribution du débit de fluide et que l'utilisation de déflecteurs non uniformes peut entraîner une diminution de la résistance thermique globale des dissipateurs thermiques à mini-canaux comprise entre 9,9 et 13,1 %.

Zhang et al.11 ont examiné des travaux expérimentaux sur le transfert de chaleur et les caractéristiques de chute de pression en utilisant deux méthodes d'amélioration du transfert de chaleur (construction à micro-ailettes passives et nano-fluides actifs) dans un tube plat à mini-canaux multi-ports (MMFT). L'étude a montré que le nombre de Nusselt monte jusqu'à 158% à la valeur du nombre de Reynolds égale à 3600.

Une nouvelle conception de dissipateur thermique (disposé en double couche) a été suggérée par Tang et al.12. Les résultats de leur étude montrent que la structure à double couche augmente l'échange de chaleur dans les directions horizontale et verticale, et offre donc une répartition égale de la température et une grande efficacité de transfert de chaleur.

Les effets du nano fluide CuO – H2O sur le refroidissement d'un dissipateur thermique à deux sections (rectangulaire et circulaire) ont été étudiés numériquement par Ghasemii et al.13. Le résultat d'un contraste de canaux circulaires et rectangulaires au nombre de Reynolds similaire fait que le dissipateur thermique à canal rectangulaire a une résistance thermique plus faible.

Feng et al.14 effectuent une enquête numérique pour vérifier les performances et le transfert de chaleur d'un écoulement de liquide laminaire dans un dissipateur de chaleur à microcanal rectangulaire fourni avec une bobine de fil insérée. Les conclusions ont présenté que le transfert d'efficacité thermique d'un dissipateur thermique à micro-canaux est considérablement augmenté en raison des vortex longitudinaux créés par les bobines de fil. Cependant, la résistance à l'écoulement est augmentée en même temps.

Abdollahi et al.15 ont observé numériquement une transmission de chaleur et des caractéristiques d'écoulement de fluide d'un écoulement de fluide nano laminaire dans un dissipateur thermique à micro-canaux avec un pré-arrangement d'entrée/sortie de type (V) en utilisant différents nano fluides d'oxyde dans un fluide à base d'eau (SiO2, Al2O3, ZnO et CuO). Les résultats ont montré que, par rapport aux autres nanofluides étudiés, le nanofluide SiO2 a un taux de transfert de chaleur le plus élevé.

Les propriétés d'écoulement et la transmission de chaleur dans un dissipateur thermique cylindrique ont été examinées par Sobamowo et al.16 ils ont exposé qu'une diminution de l'angle d'hélice du canal et une augmentation du rapport d'aspect d'un canal peuvent améliorer le coefficient moyen de transfert de chaleur et la chute de pression dans un dissipateur thermique. O comme liquide de refroidissement Il s'avère que le canal finement dévié avec un angle de 75° a le plus grand transfert de chaleur.

Les effets sur le coefficient de transfert de chaleur par convection, la température de base, la résistance thermique et le volume de concentration ont été documentés par Saeed et Kim18. Leurs résultats ont montré que, par rapport à l'eau distillée, le coefficient de transfert de chaleur par convection augmente considérablement lors de l'utilisation de nanofluides d'alumine.

L'analyse thermique de diverses géométries de mini-canaux de dissipateur de chaleur rectangulaires, circulaires, trapézoïdaux et carrés a été étudiée expérimentalement par Sinks et al.19. L'étude a montré que, par rapport aux autres types de mini-canaux, la puissance de pompage nécessaire pour la géométrie des mini-canaux circulaires est maximale et minimale pour les mini-canaux rectangulaires.

Trois techniques pour améliorer le transfert de chaleur ont été examinées expérimentalement par Naphon et al.20 ; Dissipateur thermique à micro-canaux, nano-fluides et impact de jet. Les résultats ont montré qu'une suspension de nanoparticules dans un fluide de base augmente de manière significative le transfert de chaleur convective à une intensité de nanofluide de 0,015 % de 18,56 %. De plus, le coefficient de transfert de chaleur produit a tendance à augmenter avec l'augmentation du diamètre de la buse et une réduction de la hauteur de la buse.

Ambreen et al.21 ont estimé numériquement les propriétés d'un thermofluide d'un dissipateur thermique contenant 72 ailettes de section circulaire, où le nanofluide Al2O3-eau a été utilisé comme liquide de refroidissement. L'enquête ci-dessus a établi que l'ajout de nanoparticules au liquide de base augmentait le taux d'amélioration du coefficient de transfert de chaleur de (8,4, 11,5, 16) % aux concentrations volumétriques (0,25, 0,5, 1) % respectivement. Kumar et Sarkar22 analysent des travaux expérimentaux et numériques sur le transfert des caractéristiques de réduction de la chaleur et de la pression d'une dispersion de chaleur constituée de 9 canaux rectangulaires parallèles, utilisent un nanofluide (Al2O3 – TiO2) comme fluide de refroidissement. Les résultats numériques et expérimentaux ont montré que la pression et le facteur de friction diminuent en augmentant la concentration volumétrique de nanoparticules, et le mélange de particules de type différent, de forme et de taille similaires n'entraîne pas d'effet évident sur le taux de transfert de chaleur.

Sajid et al.23 ont étudié une étude expérimentale sur un transfert de chaleur et une caractéristique hydrodynamique du nano fluide TiO2 en tant que fluide de refroidissement dans un canal ondulé. Les résultats ont montré que les nano-fluides présentaient de meilleures caractéristiques de transfert de chaleur que l'eau pure pour tous les types de dissipateurs thermiques. La plus forte augmentation du nombre de Nusselt est enregistrée à 40,57 %, en utilisant une concentration de 0,012 % de nanofluides de TiO2.

Une nouvelle conception de canal a été suggérée par Abdulqadur et al.24 pour améliorer l'efficacité d'un dissipateur thermique à minicanal en forme de cylindre avec une légère chute de pression potentielle. Le concept était un canal hybride rectiligne ondulé dans lequel la direction du canal varie de l'entrée directement au chemin ondulé. Les résultats ont montré que dans des conditions de fonctionnement similaires, la sortie générale d'un dissipateur thermique à mini-canal cylindrique avec un canal droit et ondulé est supérieure à celle avec un canal droit. Des travaux expérimentaux et numériques ont été examinés en utilisant de l'eau comme fluide caloporteur.

L'efficacité thermique des mouvements du nano fluide Alumine Al2O3/eau à travers un dissipateur thermique rectangulaire à micro-canaux avec un flux de chaleur continu a été analysée numériquement par Kahani25. Le résultat a révélé que la diminution du diamètre des nanoparticules augmente le nombre de Nusselt. Au nombre de Reynolds 100 pour une concentration en volume de 1 % de flux de nano-fluide, une amélioration maximale du nombre de Nusselt a atteint 38 % dans ces conditions.

L'influence de l'épaisseur de la dalle sur l'efficacité totale de la source froide du mini-canal à eau a été examinée numériquement par Tariq et al.26. Le résultat a montré que le transfert de chaleur réduit, alors qu'une température de base augmente et une pression diminue, avec une épaisseur de dalle (0,2 à 1,6) mm dans un mini-canal.

L'hydroélectricité et l'efficacité thermique d'un canal sinueux et de nano-fluides comme fluide caloporteur ont été étudiées numériquement par Naranjani et al.27. Comme liquide de refroidissement, des nano-fluides à base d'eau contenant des nanoparticules d'Al2O3 avec des fractions volumiques inférieures à 4 % ont été utilisés. Les chercheurs ont montré que lorsque des canaux ondulés sont utilisés à la place des canaux standard dans un dissipateur thermique, le transfert de chaleur augmente de (24 à 36) %, tandis qu'une capacité de pompage augmente à 31 %, ce qui entraîne un développement global des performances de 16 à 24 %.

Ataei et al.28 ont étudié une étude expérimentale du transfert de chaleur et de l'efficacité thermique d'un dissipateur thermique à mini-canal rectangulaire. La plage du nombre de Rynolds entre 400 et 1000. La conséquence a été qu'en utilisant un nanofluide hybride Al2O3/TiO2–H2O à la place de l'eau distillée, le coefficient de transfert de chaleur maximal s'est amélioré à 16,97 % et la température de la paroi a été abaissée à 5 °C au nombre de Rynolds minimum. Une autre étude, utilisant séparément des nanomatériaux d'alumine et d'oxyde de titane. Le transfert de chaleur et la chute de pression dans un radiateur à mini-canaux ont été étudiés par Sadegh Moghanlou et al.29. Le résultat de cette étude a montré qu'une amélioration du transfert de chaleur de 9,30 % a été observée avec seulement une dispersion de 0,5 % en volume de nanoparticules d'Al2O3. Le (TiO2–eau) a également été recueilli pour démontrer une amélioration de 4,56 % du transfert de chaleur.

Les caractéristiques hydrauliques et thermiques des nanofluides Fe3O4-eau s'écoulant autour de cylindres circulaires chauffés avec une ailette perpendiculaire dans un dissipateur thermique ont été expérimentalement étudiées par Qi et al.30. Dans leur étude, les chercheurs ont découvert que les conditions de travail les plus acceptables pour la plus grande production d'échange de chaleur sont une fraction massique de nanoparticules égale à 0,4 % et une hauteur d'ailette H égale à 3 mm et ont montré que l'efficacité thermique augmente avec la hauteur d'ailette.

Une nouvelle géométrie de dissipateur thermique concentré à 4 canaux (largeur de 4 mm et profondeur de 3,5 mm) a été examinée avec des passages d'écoulement alternatifs par Jilte et al.31. Ses résultats ont montré un taux de rejet plus élevé pour le radiateur refroidi (Al2O3) par rapport à l'eau pure et une augmentation de 2% et 17% pour une fraction de 0,5% et 5% volume respectivement. Les valeurs de flux thermique sont de 50 W et 70 W pour des plages de débit de fluide comprises entre 30 et 180 mL/min.

Coşkun et Çetkin32. l'étude traite séparément de la broche-ailette et du nanomatériau, une étude numérique a été examinée en utilisant les propriétés des nanoparticules issues de travaux expérimentaux antérieurs. Leurs résultats ont montré que la conductance thermique totale est maximisée en insérant des micro-ailettes à broches et en utilisant un rapport volumique de fraction défini de nanofluides. Muhammad et al.33 étude numérique d'un mini canal (convergent-divergeant longitudinalement) avec différentes nanoparticules (alumine, silice et cuivre), la concentration variait entre 0 et 0,8 % et Reynolds entre 200 et 2300 avec un flux de chaleur égal à 45 Kw/m2. Les nanoparticules d'alumine ont un taux de transfert de chaleur maximal par rapport aux autres types de nanoparticules.

Naphon et al.34 une expérience a été testée pour le mélange eau-nanofluide TiO2 sur le dissipateur thermique à mini-canal rectangulaire en aluminium de hauteur différente. Forte amélioration du transfert de chaleur avec approximativement la même perte de charge, le résultat a montré pour les nanofluides par rapport à l'eau pure désionisée. Pour les mêmes auteurs, Naphon et al.35 et pour la même géométrie de minicanal rectangulaire ont été étudiés expérimentalement et numériquement dans le cas d'un régime turbulent et d'un modèle nanofluide à deux phases. Les résultats ont montré que le volume de fraction avec le modèle à deux phases est plus précis que le modèle à une seule phase. Naphon et al.36 utilisent la technique ANN (réseau de neurones artificiels) pour simuler l'effet de chaleur et de frottement dans l'échangeur de chaleur à orientation horizontale à double tube. Les résultats obtenus à partir de la simulation ANN comparés aux résultats expérimentaux, une grande précision a été obtenue avec une plage d'erreur comprise entre \(\pm \, 2,5\%\) et \(\pm \, 7,5\%\).

L'impact de jet de différentes conditions est étudié par Naphon et al. In37, approche numérique pour un modèle à deux phases de nanoparticules de TiO2 d'intensité de 0,2 pour cent. In38, travaux expérimentaux pour indiquer l'influence du rapport entre la plaque spatiale et le diamètre du jet. Dans20 Propriétés d'impact de jet d'écoulement étudiées expérimentalement sur dissipateur thermique à microcanaux, de nombreux paramètres sont pris en compte tels que la fraction volumique, le diamètre de la tuyère, l'espace entre tuyère et dissipateur thermique et le florate de masse. La technique In39 ANN avec CFD est utilisée pour simuler l'impact du jet dans le dissipateur thermique à microcanal. In40 Différentes formes de pin–fin (circulaire, conique et rectangulaire) ont été étudiées expérimentalement. Les résultats montrent que la broche circulaire a une efficacité thermique supérieure à celle conique et rectangulaire de 25 % et 12 % respectivement.

Une autre technique de refroidissement est la pulsation, étudiée par Naphon et al. dans deux journaux. Le premier en41 où les auteurs ont utilisé ANN pour simuler l'écoulement du fluide et le tube de transfert de chaleur avec un enroulement en spirale sous champ magnétique. Les résultats numériques et expérimentaux comparés entre eux produisent une marge d'erreur comprise entre \(\pm \, 0,025\) et \(\pm \, 0,05\). Dans le deuxième article, Naphon et al.42 ont utilisé une approche différente appelée ANFIS (système d'inférence neuro-flou adaptatif) pour imiter le fluide et la chaleur dans un tube ondulé hélicoïdal sous champ magnétique. Haute précision obtenue lors de la comparaison des données numériques et expérimentales.

Line et al.43 ont étudié l'étude numérique du microcanal ondulé en utilisant une approche de volume fini. Trois configurations de variables sont examinées, la longueur d'onde, l'amplitude et ensemble la longueur d'onde et l'amplitude. Les résultats obtenus montrent une amélioration des performances pour trois configurations par rapport au microcanal rectangulaire classique. Mustafa et al.44 ont examiné les travaux expérimentaux et numériques. Une comparaison entre trois microcanaux cylindriques différents, le premier ayant une configuration droite, le deuxième ayant une configuration ondulée parallèle et le troisième ayant une configuration hélicoïdale. Les résultats montrent que la forme hélicoïdale donne de meilleures performances hydrothermiques que les formes ondulées et droites.

Shahd et al.45 ont mené une étude numérique pour comparer entre la section transversale ondulée et plate du dissipateur thermique cylindrique circulaire dans la région laminaire. L'oxyde de cuivre avec de l'eau a été utilisé comme fluide de travail. Les résultats ont montré que la surface ondulée réduit la température de la paroi du dissipateur thermique à 20,47 °C par rapport à la température de la paroi du dissipateur thermique plat.

Une comparaison entre la section transversale des mini-canaux droits et convergents-divergents a été étudiée numériquement par Zahraa et al.46. Deux types de nanofluide sont le Fe3O4 et l'Ag sont utilisés en mélange avec de l'eau comme fluide caloporteur. La simulation a été faite en utilisant une approche par éléments finis.

Selon la revue de littérature précédente, le taux de transfert de chaleur dans un dissipateur thermique à minicanal dépend fortement de la géométrie du canal et du type de liquide de refroidissement utilisé. Les chercheurs ont largement amélioré les dissipateurs thermiques à canaux rectangulaires, triangulaires et circulaires. Les dissipateurs thermiques à canaux ondulés, cependant, en sont encore à un stade expérimental de compréhension et une littérature minimale sur leur efficacité hydraulique et thermique est disponible. Il y a trois articles publiés avant de traiter de l'étude de l'écoulement des fluides et du transfert de chaleur à l'intérieur du minicanal ondulé, ce sont les références 23 et les références 27 et 44. Dans la référence 23, l'étude expérimentale avec paroi ondulée parallèle a été étudiée. En référence 27 et 44 une étude numérique de FVM de dissipateur thermique compact avec un ensemble d'ondulations parallèles où les parois parallèles à l'écoulement ont des trajets parallèles identiques. Dans le présent travail, la comparaison du taux de transfert de chaleur, de la structure d'écoulement du fluide et du facteur de frottement dans un canal spécifique entre rectangulaire et ondulé a été examinée en géométrie tridimensionnelle. Le canal ondulé dans ce travail n'est pas parallèle, de sorte que le haut du mur correspond au haut du mur parallèle et le bas du mur correspond au bas du mur parallèle, par conséquent, le flux dans le canal ondulé est exposé périodiquement aux zones étroites et d'expansion. Le but de cette recherche est de démontrer l'impact de l'onde des parois du canal dans deux directions différentes sur l'amélioration du transfert thermique d'un dissipateur de chaleur à mini-canal en utilisant cinq types de nano-fluides en plus de l'eau distillée comme fluide de travail pour différents volumes de concentration et différentes amplitudes d'onde à différents débits et de le comparer avec un canal conventionnel.

Les modèles physiques utilisés dans l'analyse numérique sont illustrés à la Fig. 1. Le dissipateur thermique avec MCHS rectangulaire (conventionnel) est utilisé comme dissipateur thermique standard pour les mini-canaux. Il est composé de cuivre et n'a qu'un seul canal. Les paramètres géométriques d'un minicanal classique sont les suivants : épaisseur des parois (t) = 1 mm ; largeur du canal (Wc) = 2 mm ; largeur du dissipateur thermique (W) = 4 mm ; hauteur du canal (Hc) = 3 mm ; hauteur du radiateur (H) = 5 mm. Les tailles inférieures sont (4 mm × 50 mm) et un flux de chaleur uniforme de 180 kW/m2 est obtenu comme illustré par la Fig. 1a à partir de la surface inférieure.

Schéma de principe d'un problème actuel (a) canal conventionnel (b) canal ondulé.

La figure 1b montre le dissipateur thermique à minicanal ondulé. Il a les mêmes dimensions qu'un dissipateur rectangulaire à mini canaux. Le seul changement est un chemin d'écoulement du fluide dans une courbe cosinus exprimée par l'équation suivante :

où Y = S, 50 N\(\ge S\ge 0\) = 0,25 (mm), A : Amplitude ondulée = 0,15, 0,2 et 0,25 (mm).

Dans ce travail, la géométrie tridimensionnelle avec deux domaines de calcul a été explorée pour montrer clairement l'effet des variables sur le taux de transfert de chaleur et la structure de l'écoulement du fluide. Le premier domaine est le domaine de calcul fluide représentant la région où l'écoulement du fluide et le mode de transfert de chaleur par convection, tandis que le second domaine est le domaine de calcul solide où représentent le mode de transfert de chaleur par conduction, lorsqu'il est fabriqué à partir de cuivre. Pour les deux domaines, des hypothèses appropriées et des conditions aux limites sont développées avec une grande précision pour obtenir une solution logique et correcte. Un certain nombre d'hypothèses sur l'état de fonctionnement d'un minicanal sont faites dans cette étude pour simplifier l'analyse :

L'écoulement du fluide de travail est un écoulement laminaire, stable, incompressible et monophasé à travers un canal (où le fluide n'est qu'à l'état liquide)

La force de gravité est insignifiante.

Le flux de chaleur était constant, fourni à la base du dissipateur thermique.

La surface d'un dissipateur thermique à mini-canaux est efficacement isolée.

Le mode de transmission de la chaleur, le rayonnement est considéré comme négligeable.

Dans ce travail, la géométrie tridimensionnelle du problème conjugué (problème fluide-solide) a été présentée. Sur la base de l'hypothèse ci-dessus, l'équation déterminante de ce modèle est la suivante :

(Continuité). (conservation de masse) équations pour le fluide (un caloporteur)43,44 :

Équations de quantité de mouvement en coordonnées cartésiennes x, y et z, données comme suit :

Les équations d'énergie pour le fluide (un fluide caloporteur):

Les équations de l'énergie pour le domaine solide :

La vitesse à l'entrée a été donnée par un profil approprié ayant une valeur maximale (uin), tandis qu'une autre composante de vitesse est égale à zéro.

La température d'une entrée de fluide caloporteur (293 k).

La pression en sortie est réalisée à 0 Pa.

Flux de chaleur constant 180 kW/m2 reçu à la base du canal.

Il n'y a eu aucune perte de chaleur sur aucune des surfaces externes.

En donnant des conditions aux limites appropriées pour la vitesse et la température dans la section d'entrée. Sur la base de ces valeurs à la section d'entrée, les équations gouvernantes, la continuité, la quantité de mouvement et l'énergie sont résolues.

Le nombre de Reynolds Re, le diamètre hydraulique (Dh) est défini comme suit :

La chute de pression (Δp) entre l'entrée et la sortie du dissipateur mini-canal, le facteur de frottement (f), la résistance thermique (Rth) sont déterminés par14 :

où, \(pin\) et \(pout\) sont la pression statique à l'entrée et à la sortie du radiateur du mini-canal, Q : transfert de chaleur total, \(Q={q}_{in}*{A}_{s}\) ; où qin est le flux de chaleur sur la surface inférieure du dissipateur thermique ; As est la zone du dissipateur thermique du mini-canal à la base et est exprimée sous la forme As = W × L.

Le nombre de Nusselts Nu est calculé par14 :

où, kf : La conductivité thermique du fluide, Twm : la température moyenne du radiateur, Aht : une surface de contact du fluide de travail et du mini-canal du radiateur et s'exprime, Tout : La température du fluide en sortie.

Les fluides de travail utilisés dans la présente étude sont [(Al2O3–H2O), (CuO–H2O), (TiO2–H2O), (Fe3O4–H2O) et (Ag–H2O)] nanofluides et nanoparticules aux propriétés thermophysiques pouvant être obtenues dans le tableau 1.

Les caractéristiques thermophysiques des nanofluides ont été estimées à l'aide des relations suivantes :

La densité et la chaleur spécifique des nano-fluides ont été calculées à l'aide du modèle Sakanova et al.7 :

La conductivité thermique et la viscosité des nanofluides ont été calculées à l'aide du modèle7 :

Dans le travail en cours, le programme Comsol Multiphysics a été utilisé pour simuler et résoudre des problèmes tridimensionnels de chaleur et d'écoulement dans un mini canal.

Un module CFD dans Comsol Multiphysics construit sur une méthode d'éléments finis avec une approche Galerkin pour résoudre les équations aux dérivées partielles régissant le domaine du problème (continuité, quantité de mouvement et énergie pour les domaines solides et fluides).

Afin de garantir la précision du maillage, l'examen a été réalisé en prenant plusieurs types de maillages différents (normal, fin, plus fin et extrêmement fin) pour un mini canal rectangulaire (Fig. 2). Types de maillage testés et expliqués dans le tableau 2, chaque type contient le nombre de domaines d'éléments, d'éléments de frontière et d'éléments de bord en calculant le nombre moyen de Nusselt en contact de surface chaude entre le domaine solide et fluide comme variable dépendante puisque le nombre de Nusselt est un paramètre global. Le maillage fin a été sélectionné pour avoir une erreur minimale. Le nombre de Nusselt et la température maximale (Tmax) ont été évalués pour chaque maille pour un dissipateur de chaleur conventionnel à mini-canaux à un nombre de Reynolds Re 400 et un flux thermique de 180 kW/m2. L'erreur relative des paramètres choisis a été calculée à l'aide de l'équation ci-dessous35

Distribution du maillage d'un domaine de calcul (a) canal conventionnel (b) canal ondulé.

où Z signifie n'importe quel paramètre ; tels que le nombre de Nusselt, les pertes de charge, le facteur de frottement et la température, Z1 et Z2 désignent les valeurs variables obtenues à partir des grilles les plus fines ainsi que d'autres grilles29. Le tableau 2 illustre cela. L'indépendance du maillage de la solution était assurée par le maillage « fin », qui permettait un temps d'exécution optimal. Deux modèles de modélisation d'analyses cfd précédentes ont été comparés pour garantir la précision des données. Le premier modèle a été associé à14 qui a exécuté une analyse numérique pour étudier la chaleur et le flux dans le dissipateur thermique rectangulaire (MCHS) équipé d'inserts de bobine à l'aide d'un logiciel basé sur (FVM) - ANSYS CFX I (www.ansys.com). Les figures 3 et 4 présentent une comparaison des simulations actuelles de COMSOL 5.6 (www.comsol.com) avec les calculs disponibles, dont un bon accord est observé entre les deux approches. L'autre validation a été avec7 Qui a accompagné une enquête numérique pour expliquer l'influence d'une structure à canaux ondulés et d'un nano fluide sur l'application d'une caractéristique de transfert de chaleur d'un dissipateur thermique à micro canaux. Avec cette analyse, la validation a été effectuée et un bon consensus a été observé dans les Fig. 5, 6, 7 et 8.

Comparaison des contours de température et de vitesse entre les travaux actuels et ceux de Feng et al.14 sur une section efficace (x/L = 0,625) en microcanal à Re = 663 et qw = 400 kW/m2.

Validation du code avec Feng et al.14 par comparaison de la variation du nombre de Nusselt (a) et du facteur de friction avec le nombre de Reynolds (b).

Comparaison du vecteur vitesse du canal rectangle le long de l'axe z avec Sakanova7.

Comparaison de l'enquête actuelle avec le chemin de distribution de température de Sakanova et al à travers le canal rectangulaire.

(a) Résistance thermique et (b) dépendance de la chute de pression sur Re pour MCHS rectangulaire utilisant de l'eau pure.

( a ) Résistance thermique et ( b ) dépendance à la chute de pression de Re pour MCHS rectangulaire utilisant un nanofluide de diamant (5%) - eau comme liquide de refroidissement.

La répartition d'un flux de chaleur et de fluide dans les mini-canaux doit être étudiée car elle a un effet direct sur l'efficacité de refroidissement.

La figure 9 montre que la distribution et l'amplitude de la vitesse pour un canal rectangulaire et ondulé avec une amplitude différente le long de l'axe y (A = 0, 0,15, 0,2 et 0,25) avec un nombre de Reynolds Re = 800 et Ag (7,5 %) comme liquide de refroidissement. En raison de sa structure ondulée, la vitesse du fluide augmentera avec l'augmentation de l'amplitude de l'onde, telle qu'elle atteint dans le canal rectangulaire (0,49 m/s) et dans la forme ondulée qu'elle atteint (0,65, 0,72, 0,81) m/s selon l'amplitude de l'onde (0,15, 0,2, 0,25) mm respectivement, où la forme ondulée donne une activité et une impulsion supplémentaire à l'énergie cinétique, en raison de la réduction la couche adjacente dans la zone de taille qui provoque une augmentation de la masse fluide en circulation augmente ainsi l'énergie cinétique du fluide. La vitesse maximale dans la direction y est déplacée de la ligne médiane vers les pics courbes et le flux à côté des pics ondulés est accéléré. Par conséquent, les couches de bord hydrodynamiques et thermiques deviennent plus minces. Il y a donc une amélioration du coefficient de transfert thermique.

Effet des parois ondulées sur l'amplitude de la vitesse à φ = 0,075, Re = 800, q_w = 180 kw/m2 pour l'amplitude (A) = 0, 0,15, 0,2 et 0,25.

Pour expliquer une distribution de température le long des surfaces d'interaction entre le fluide et le solide dans différentes formes de dissipateur thermique à minicanal (Ag), un nanofluide a été sélectionné, à un nombre de Reynolds Re = 800 et une concentration volumique de nanofluide (0,075) dans les mêmes conditions d'entrée (Tin = 293 K) comme indiqué sur la Fig. 10. La température augmente de l'entrée à la sortie le long de la direction y pour différents canaux. écart de température maximal entre un canal et la température du fluide d'entrée. Comme le processus de transfert de chaleur se produit par convection entre les parois du canal et le fluide qui le traverse, ainsi que sur la base du transfert de chaleur, sur la quantité de la variation de température entre une surface et un fluide, où le transfert de chaleur le plus élevé se produit au début du courant parce que la température du fluide est faible et donc une variation de température est élevée et augmente donc . Par conséquent, nous remarquons l'augmentation de la température le long de l'axe Y. La température la plus élevée du dissipateur thermique du mini-canal avec le canal ondulé est inférieure à celle d'un canal rectangulaire et elle diminue avec l'augmentation de l'amplitude ondulée (A) comme le montre la Fig. 10 pour des raisons que nous aborderons dans la section "Effet d'une paroi ondulée de MCHS".

Effet des parois ondulées sur la distribution de température à φ = 0,075, Re = 800, q_w = 1,85E5 w/m2 pour l'amplitude (A) = 0, 0,15, 0,2 et 0,25.

Pour évaluer les effets de la paroi ondulée du mini canal, de l'eau distillée a été utilisée dans un premier temps comme fluide de refroidissement. La figure 11 illustre la résistance thermique, le facteur de frottement et la chute de pression par rapport au nombre de Reynolds pour un dissipateur thermique à mini-canaux conventionnel et entièrement ondulé. D'après la Fig. 11a, il apparaît que la relation de résistance thermique ) est la résistance montrée par le composant au transfert de chaleur par conduction à travers son épaisseur et l'augmenter signifie augmenter la capacité de l'élément à chauffer l'isolation (et le nombre de Reynolds (Re) est inversement proportionnel. La résistance thermique diminue à mesure que le nombre de Reynolds augmente en raison d'un débit accru et d'effets de dispersion thermique. Il est évident que dans tous ces cas, (A) = 0,25 mm ont une résistance thermique minimale. Il est également clair que le canal rectangulaire la résistance thermique est supérieure à tous les canaux ondulés. La comparaison entre un canal ondulé et un canal rectangulaire montre une différence majeure dans l'efficacité du transfert de chaleur. D'après la figure 11b, il indique le rapport inversement proportionnel du facteur de frottement (f) et du nombre de Reynolds (Re) Lorsque le nombre de Reynolds augmente, un facteur de frottement diminue. La valeur du facteur de frottement la plus faible dans un canal rectangulaire peut également être observée. est supérieur à tous les cas ondulés. Ces effets résultent d'une augmentation de la force de traînée résultant du retraitement d'un flux et de la modification de sa trajectoire à l'intérieur du canal ondulé. Le facteur de frottement (f) augmente avec l'augmentation de l'amplitude des vagues à la suite de la réduction de la haute pression persuadée par l'augmentation de l'objection d'écoulement avec un chemin ondulé.

Relation entre (a) la résistance thermique (Rth) (b) le facteur de frottement (f) (c) la chute de pression et (d) le nombre de Nusselt par rapport au nombre de Reynolds (Re) dans un canal rectangulaire et un canal ondulé.

D'après la figure 11c, la relation entre une chute de pression et le nombre de Reynolds (Re) peut également être trouvée comme étant proportionnelle. Avec une augmentation du nombre de Reynolds (Re), une chute de pression augmente également. Il est clair que le canal ondulé a une perte de charge plus importante qu'un canal classique. à forte amplitude d'onde, plus les pertes de charge sont précises du fait des perturbations de flux dues aux variations d'orientation du canal et du flux secondaire dans un canal ondulé créé et les contacts entre un tourbillon et les parois du canal augmentent souvent les pertes de charge du radiateur.

La figure 11d montre le rapport du nombre de Nusselt du mini-canal rectangulaire et du canal ondulé pour divers cas. On peut s'attendre à ce que le transfert de chaleur dans n'importe quel canal ondulé par rapport à un canal rectangulaire soit augmenté. Quelle que soit la configuration du canal, le (nombre de Nusselt) augmente avec l'augmentation du nombre de Reynold au prix d'une puissance de pompage plus élevée Pp. Avec l'élévation de Reynolds, une couche limite thermique dans les canaux diminue avec l'augmentation du gradient de température près des parois des canaux, contribuant ainsi à un transfert de chaleur plus élevé. L'écoulement des fluides à travers les vagues est soumis à une force centrifuge qui perturbe un champ d'écoulement et qui peut entraîner une recirculation des fluides27.

Le flux secondaire du canal déplaçant le liquide de la partie centrale de ce canal vers sa paroi chaude et des zones adjacentes aux parois d'un canal vers la partie centrale du canal est induit par la recirculation du fluide, ainsi la force d'un flux secondaire, augmente lorsque le nombre de Reynolds est augmenté. De plus, des variations de courbure dans une paroi d'un canal provoquent des changements dans l'orientation d'un tourbillon dans un canal. Le fait qu'un fluide soit intercepté par une trajectoire ondulée lors de son écoulement le rend plus efficace dans la transmission du mouvement, car les zones de rétrécissement de l'onde agissent comme un accélérateur, suivies de zones où la zone d'écoulement augmente. Cette séquence crée une sorte de stratification entre les couches du fluide en circulation qui le rend plus efficace. L'amélioration de l'efficacité thermique dans un dissipateur thermique à canaux ondulés est due à une augmentation d'une région de transfert de chaleur et à la formation de tourbillons à flux secondaire qui intensifient la convectio. Comme une amélioration du transfert de chaleur est induite en deux parties, à savoir, l'augmentation de la surface de contact entre la surface d'un transfert de chaleur et le fluide de refroidissement, et l'autre partie change la direction du flux en continu entre la direction du flux vers l'intérieur dans les zones de rétrécissement, suivie de la direction du flux vers l'extérieur vers les parois latérales dans les zones d'expansion, et cette direction se produit périodiquement jusqu'à la fin du flux.

Sur la figure 12, la résistance thermique du canal ondulé avec des nanofluides (CuO) et de l'eau comme liquide de refroidissement diminue lorsque le nombre de Reynolds augmente. De plus, avec l'augmentation de la fraction de nanoparticules, la résistance thermique a encore été réduite. Cette diminution de la résistance thermique pourrait être interprétée par la conductivité thermique du nanofluide supérieure à celle de l'eau pure. Cela est dû à l'augmentation des propriétés thermophysiques due à l'ajout de nanoparticules thermoconductrices dans l'eau comme fluide de base.

Résistance thermique par rapport au nombre de Reynolds pour le canal ondulé : (a) Amplitude ondulée (A = 0,15 mm). (b) Amplitude ondulée (A = 0,2 mm). (c) Amplitude ondulée (A = 0,25 mm).

Dans la Fig. 13, le nanofluide AL2O3 avec différentes concentrations en volume (φ) a été sélectionné pour illustrer les effets du nanofluide sur le facteur de friction et il a été constaté que le facteur de friction est plus élevé pour les nanofluides et augmente en tandem avec l'augmentation de l'amplitude des ondes et des concentrations en volume (φ) et diminue avec l'augmentation du nombre de Reynolds. Il convient également de noter qu'au lieu d'un fluide pur, vous pouvez utiliser un nanofluide comme liquide de refroidissement, ce qui entraîne une augmentation supplémentaire de la chute de pression par rapport à l'eau distillée en raison de la présence de nanoparticules solides dans le nanofluide qui provoquent une augmentation de la viscosité et de la densité du nanofluide, ce qui entraîne une augmentation du facteur de friction. le facteur de friction diminue en augmentant le nombre de Reynolds car un facteur de friction et la vitesse ont une relation inverse.

Facteur de friction par rapport au nombre de Reynolds pour le canal ondulé : (a) Amplitude ondulée (A = 0,15 mm). (b) Amplitude ondulée (A = 0,2 mm). (c) Amplitude ondulée (A = 0,25 mm).

La figure 14 représente la chute de pression en fonction du nombre de Reynolds, ce qui montre que des pertes de pression plus élevées sont corrélées à l'augmentation de l'efficacité du transfert de chaleur d'un dissipateur de chaleur obtenu à l'aide de nanofluides par rapport au fluide standard. Ceci est dû à une plus grande viscosité du nanofluide. Avec l'augmentation de la fraction volumique des nanoparticules, les interactions entre les nanoparticules augmentent, ce qui entraîne une augmentation de la viscosité réelle des nanofluides. Par conséquent, la puissance de pompage nécessaire pour entraîner un fluide caloporteur dans un dissipateur thermique augmente avec la fraction volumique croissante des nanoparticules.

Montrez l'effet du nanofluide utilisé comme liquide de refroidissement sur la chute de pression.

Les canaux ondulés sont examinés numériquement pour le transfert de chaleur à trois dimensions en utilisant différents nano-fluides, tels que les nano-fluides d'eau (Al2O3, CuO, TiO2, Fe3O4 et Ag) comme liquide de refroidissement. La plage de concentration volumique est comprise entre 0,025 et 0,075 % et le nombre de Reynolds entre 200 et 1000. Pour l'influence du volume de concentration en nanoparticules sur la résistance thermique totale, les cas de Reynolds élevé et faible sont choisis. Basé sur le résultat de la Fig. 15. En général, tous les types de nanoparticules se déplacent dans la même direction, qui est la diminution de la résistance thermique avec une augmentation du rapport de la concentration de nanomatériaux. Sur les figures 15a et b, il a également été constaté qu'une résistance thermique diminue en augmentant les nombres de Reynold. Le nanofluide Ag a montré la valeur de résistance thermique la plus faible à toutes les concentrations et pour les deux nombres de Reynolds La résistance thermique brute diminue en tant que fraction volumique des augmentations nanoparticulaires Le nanofluide (Ag-eau) a la résistance thermique la plus faible par rapport aux autres formes de nanofluide car le nanofluide (Ag-eau) a une meilleure conductivité thermique. Comme suit, l'influence des nanofluides peut être expliquée. La conductivité thermique et la viscosité dynamique sont améliorées par la présence de nanoparticules dans les fluides de base, suivie d'une réduction de la capacité calorifique. Il est également possible d'augmenter le coefficient de transfert de chaleur par convection en augmentant la conductivité thermique. Dans le même temps, la viscosité dynamique augmente et la capacité calorifique diminue, entraînant une diminution de la vitesse moyenne des nanofluides.

Résistance thermique globale en fonction de la concentration volumique de divers types de nanofluides (a) Re = 200, (b) Re = 1000.

La figure 16 montre l'influence du volume de concentration sur le nombre de Nusselt pour différentes formes du canal au nombre de Reynolds (Re = 200). Dans les situations où des nanofluides sont utilisés comme fluides caloporteurs, le nombre de Nusselt (Nu) est supérieur à celui utilisant de l'eau lors du refroidissement du dissipateur thermique. Ceci est principalement attribué à une efficacité thermique plus élevée des nanofluides par rapport à un fluide de base. Cela conduit à une augmentation de la contribution de la conduction thermique à la transmission d'énergie totale et augmente avec l'augmentation de la proportion du volume volumique des nanoparticules. C'est ce qui est attribuable à l'augmentation de la surface globale de transfert de chaleur entre la nanoparticule et un fluide de base, et à l'augmentation du taux de collision de la nanoparticule qui augmente le mouvement brownien de la particule, entraînant une augmentation de la conductivité thermique effective du mélange27. La figure 17 montre l'effet du type de nanoparticules sur le facteur de frottement dont Ag a le maximum et Al2O3 a les valeurs minimales pour f.

Afficher le nombre de Nusselt (Nu) par rapport à la concentration de volume pour différents canaux.

Facteur de frottement du canal ondulé (A = 0,15 mm) et concentration volumique (ϕ = 5 %) pour divers nanofluides avec nombre de Reynolds.

La figure 18 montre la température maximale pour différents fluides de travail ; l'eau distillée, les nanofluides Al2O3–H2O, TiO2–H2O, CuO–H2O, Fe3O4–H2O et Ag–H2O sont considérés comme les liquides de refroidissement dans le canal ondulé (A) = 0,15 mm pour les différents nombres de Reynolds (Re). Avec une vitesse accrue, la température d'une paroi de mini-canal chute. En raison de la loi de refroidissement de Newton, le coefficient de transfert de chaleur a une relation inverse avec la variation de température.

montre la température maximale du mini-canal pour différents nanofluides au canal ondulé (A = 0,15 mm) pour les différents nombres de Reynolds (Re).

où, h : coefficient de transfert de chaleur (w/m2 k), A : surface (m2), \(\nabla T\) : variation de température (k).

Le nanofluide Ag – H2O, qui présente la plus grande amélioration du transfert de chaleur par rapport aux autres nanofluides, a montré la valeur de température la plus basse sur les parois d'un mini-canal, comme le montre la Fig. 18. 0,25) mm en (b), (c) et (d) respectivement. Elle a montré que si les fractions volumiques des nanoparticules (φ) augmentent, la température de la paroi diminue. Cela est dû à une augmentation de la surface globale de transfert de chaleur entre les particules et un fluide de base, et à une amélioration du taux d'impact des nanoparticules qui augmente le mouvement brownien des particules entraînant une amélioration de la conductivité thermique du mélange.

Montrez la relation entre la température maximale de la paroi et un nombre de Reynolds de différents types de dissipateurs thermiques à mini-canaux.

L'influence combinée du nombre de Nusselts et du facteur de frottement a été utilisée pour mesurer le comportement hydrothermal global du canal ondulé en utilisant le PEC, comme indiqué dans l'équation. (20)27

où l'indice (o et i) représente un dissipateur de chaleur conventionnel et un mini canal ondulé.

La figure 20 illustre la relation entre un facteur de performance thermique et un nombre de Reynold pour un canal ondulé avec une amplitude d'ondulation différente (A) et de l'eau distillée comme fluide de travail. Dans cette analyse, il est clair de voir qu'un facteur d'efficacité thermique supérieur à l'unité sur toute la plage du nombre de Reynold et augmente presque avec une augmentation du nombre de Reynold. De plus, lorsqu'une amplitude d'onde augmente, le facteur de performance thermique augmente, ce qui implique que l'augmentation de la perte de charge peut être compensée par une amélioration du transfert de chaleur lors de l'utilisation de mini-canaux ondulés par rapport à des mini-canaux rectangulaires.

Variation du facteur de performance thermique en fonction du nombre de Reynold pour un canal ondulé avec différentes amplitudes ondulées (A) à l'eau distillée comme liquide de refroidissement.

Dans une étude actuelle, le transfert de chaleur a été amélioré grâce à deux méthodes, dont l'une est à faible coût, qui consiste à onduler les parois, et l'autre méthode rentable est l'utilisation de différents nano fluides, et que les deux méthodes ont prouvé leur efficacité pour augmenter le taux de transfert de chaleur grâce à des résultats prouvés. Où une analyse numérique entre le dissipateur de chaleur à mini-canaux rectangulaires et ondulés et les caractéristiques d'écoulement de fluide a été réalisée à l'aide de cinq nanofluides différents, à savoir Al2O3–H2O, oxyde de cuivre (Cuo–H2O), oxyde de titane (TiO2–H2O), oxyde de fer (Fe3O4–H2O) et argent (Ag–H2O). Il étudie les impacts d'une amplitude d'onde, d'un nombre de Reynold et d'une fraction volumique de divers nanofluides. Si l'eau est utilisée comme liquide de refroidissement, l'efficacité de refroidissement conventionnelle du mini-canal rectangulaire est dépassée par le dissipateur thermique ondulé du mini-canal. De plus, plus l'amplitude d'un canal ondulé est grande, moins la résistance thermique fournit une perte de charge supplémentaire. Dans cette recherche, les performances de cinq types de nanofluides ont été examinées. Tous démontrent la meilleure application du refroidissement par rapport à l'eau distillée et l'existence de nanofluides augmentent cependant la chute de pression et le facteur de frottement. Le nanofluide Ag-H2O surpasse tous les autres nanofluides en ayant un coefficient de transfert de chaleur le plus élevé et la plus faible résistance thermique. Le remplacement du canal conventionnel par un canal ondulé dans un dissipateur thermique entraîne une augmentation de 28 à 52% du nombre de Nusselts.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Amplitude de l'ondulation

Chaleur spécifique à pression constante (KJ/kg K)

Diamètre hydraulique (m)

Facteur de friction du ventilateur

Coefficient de transfert de chaleur(W/km2)

Hauteur du canal et du canal

Conductivité thermique (W/m·K)

Longueur du radiateur (m)

Numéro d'ondulation

Numéro Nusselt

Numéro de Prandtle

Vitesse d'entrée (m/s)

Perte de charge (Pa)

Pression (Pa)

Flux de chaleur (W/cm2)

Flux de chaleur total

Résistance thermique totale(K/W)

Le numéro de Reynold

Epaisseur du radiateur

Température (K)

Vitesse d'écoulement (m/s)

Largeur du radiateur et du canal

Distance horizontale et verticale (m)

Les coordonnées cartésiennes (m)

Viscosité dynamique (kg s/m)

Densité (kg/m3)

Fraction volumique des nanoparticules

Canaliser

Méthode des volumes finis

Fluide

Entrée

Nano fluide

Domaine solide

Des particules solides

Maximum

Conduction

Convection

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Collège d'ingénierie, Département de génie mécanique, Université de Babylone, Babylon City, Irak

Zahra H. Sadon, Farooq H. Ali et Hameed K. Hamzah

Département d'ingénierie des techniques de climatisation et de réfrigération, Collège universitaire Al-Mustaqbal, Babylone, 51001, Irak

Azher M. Abed

Département de génie mécanique, Université Ferdowsi de Mashhad, Mashhad, Iran

M. Hatami

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Tous les auteurs ont contribué à la section métathématique, à la modélisation, à la rédaction et à l'analyse des résultats.

Correspondance à M. Hatami.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Saadoon, ZH, Ali, FH, Hamzah, HK et al. Amélioration des performances du dissipateur thermique à mini-canaux en utilisant un canal ondulé et différents types de nanofluides. Sci Rep 12, 9402 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-13519-0

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Reçu : 10 février 2022

Accepté : 25 mai 2022

Publié: 07 juin 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-13519-0

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