شبیه‌سازی سیستم خنک‌کننده برای یک پره‌ی هیت‌سینک با استفاده از امواج صوتی

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1135-ISAV2025 (R1)
نویسندگان
1عضو مرکز سیستم ها و فناوری های پیشرفته
2رییس مرکز سیستم ها و فناوری های پیشرفته
چکیده
این مطالعه به صورت عددی یک روش نوین خنک‌کاری مبتنی بر امواج آکوستیک را برای پره‌های هیت سینک توسعه داده و بررسی کرده است. هدف اصلی این مطالعه، بررسی چگونگی بهبود انتقال حرارت و راندمان خنک‌کاری از طریق ارتعاشات ناشی از امواج صوتی در اولین فرکانس طبیعی سازه است. رابط‌های فیزیکی انتقال حرارت در جامدات و سیالات، جریان آرام و مکانیک جامدات به صورت کامل در نرم‌افزار COMSOL Multiphysics کوپل شدند تا یک شبیه‌سازی عددی سه‌بعدی انجام شود. پس از تعیین فرکانس‌های طبیعی پره مسی از طریق تحلیل مدال، تحلیل کوپل شده آکوستیک-حرارتی-سازه‌ای با استفاده از مد اساسی اول، که ۲۷ هرتز بود، انجام شد. در مقایسه با شرایط حالت پایا بدون امواج آکوستیک، نتایج نشان می‌دهد که تحریک آکوستیکی در این فرکانس منجر به ارتعاش قابل مشاهده سطح پره می‌شود، که هوای محلی اطراف را مختل کرده و انتقال حرارت جابجایی را افزایش می‌دهد. بر اساس نتایج، تحریک آکوستیکی تشدیدی (رزونانسی) کنترل‌شده می‌تواند یک روش کم‌مصرف و کارآمد برای تقویت خنک‌کاری در دستگاه‌های الکترونیکی کوچک باشد.
کلیدواژه ها
 
Title
Simulation of a Cooling System for a Heat Sink Fin Using Acoustic Waves
Authors
Mahdi Ghanbari Rashed, Mohammad Amin Azari, Mahand Ghandi, Aghil Yousefi-Koma, Mohammad Reza Bahrebar
Abstract
This study has numerically developed and examined a novel acoustic wave-based cooling method for heat sink fins. The main goal of the study is to find out how heat transfer and cooling efficiency can be improved by acoustic-induced vibrations at the structure's first natural frequency. The Heat Transfer in Solids and Fluids, Laminar Flow, and Solid Mechanics interfaces were fully coupled in COMSOL Multiphysics to perform a numerical simulation in three dimensions. After determining the copper fin's natural frequencies through modal analysis, the coupled acoustic–thermal–structural analysis was conducted using the first mode, which was 27 Hz. In contrast to the steady-state condition without acoustic waves, the results demonstrate that acoustic excitation at this frequency results in observable fin surface vibration, which disturbs the surrounding air and increases convective heat transfer. According to the results, controlled resonant acoustic excitation can be a low-power, efficient method of enhancing passive cooling in small electronic devices.
Keywords
Acoustic waves, heat transfer enhancement, heat sink fins, structural vibration, resonance frequency, COMSOL Multiphysics, coupled simulation