Υπολογιστική προσομοίωση ψύξης με ψεκασμό
Η διαρκώς αυξανόμενη χρήση των ηλεκτρονικών ισχύος σε πληθώρα τεχνολογικών εφαρμογών αιχμής (διαστημική, τεχνητή νοημοσύνη, ιατρική, μεταφορές, μεγάλοι διαμετακομιστές δεδομένων πληροφορικής και τηλεπικοινωνιών κ.α.) καθιστά ως απολύτως αναγκαία την ανάπτυξη νέων και πιο ισχυρών ηλεκτρονικών διατάξε...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2023
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/24760 |
| id |
nemertes-10889-24760 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Υπολογιστική ρευστοδυναμική Ηλεκτρονικά ισχύος Ψύξη με ψεκασμό Βρασμός Δυναμική σταγονιδίων Διφασικές ροές Μετάδοση θερμότητας Φαινόμενα μεταφοράς Computational fluid dynamics (CFD) Ansys fluent DPM Power electronics Spray cooling Boiling Droplet dynamics Two-phase flows Heat transfer Transport phenomena |
| spellingShingle |
Υπολογιστική ρευστοδυναμική Ηλεκτρονικά ισχύος Ψύξη με ψεκασμό Βρασμός Δυναμική σταγονιδίων Διφασικές ροές Μετάδοση θερμότητας Φαινόμενα μεταφοράς Computational fluid dynamics (CFD) Ansys fluent DPM Power electronics Spray cooling Boiling Droplet dynamics Two-phase flows Heat transfer Transport phenomena Παρίσσης, Παναγιώτης Υπολογιστική προσομοίωση ψύξης με ψεκασμό |
| description |
Η διαρκώς αυξανόμενη χρήση των ηλεκτρονικών ισχύος σε πληθώρα τεχνολογικών εφαρμογών αιχμής (διαστημική, τεχνητή νοημοσύνη, ιατρική, μεταφορές, μεγάλοι διαμετακομιστές δεδομένων πληροφορικής και τηλεπικοινωνιών κ.α.) καθιστά ως απολύτως αναγκαία την ανάπτυξη νέων και πιο ισχυρών ηλεκτρονικών διατάξεων με ταυτόχρονη μείωση του μεγέθους τους. Αναπόφευκτα, η αύξηση της απαιτούμενης ισχύος επιτάσσει την ανάπτυξη αποτελεσματικών τεχνικών και μεθόδων απαγωγής μεγάλων ποσών θερμότητας ώστε να διασφαλίζεται η αδιάλειπτη και ευσταθής λειτουργία των ηλεκτρονικών, κάτι που οι συμβατικές μέθοδοι ψύξης αδυνατούν να ικανοποιήσουν. Η ψύξη με ψεκασμό έχει αναδειχθεί ως μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος, ικανή να απάγει μεγάλα ποσά θερμότητας ενώ ταυτόχρονα διατηρεί μια ομοιόμορφη θερμοκρασιακή κατανομή στην επιφάνεια του ηλεκτρονικού. Δεδομένης της πολυπλοκότητας του μηχανισμού απαγωγής θερμότητας λόγω του πλήθους των παραμέτρων που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της μεθόδου, η ανάπτυξη μοντέλων υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (CFD), παράλληλα με την απαιτούμενη πειραματική διερεύνηση, είναι απαραίτητη για την καλύτερη κατανόηση και ανάπτυξη της μεθόδου. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται εκτενής ανάλυση των φυσικών μηχανισμών που διέπουν την ψύξη με ψεκασμό, ενώ παράλληλα η βιβλιογραφική ανασκόπηση εστιάζεται στα υπολογιστικά μοντέλα που έχουν αναπτυχθεί για την προσομοίωση της μεθόδου. Στόχος της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός αποτελεσματικού μοντέλου προσομοίωσης της ψύξης με ψεκασμό νερού σε χάλκινη επιφάνεια, κάτω από την οποία εφαρμόζεται σταθερή ροή θερμότητας. Για την ανάπτυξη του μοντέλου προσομοίωσης έγινε χρήση του εμπορικού κώδικα ANSYS Fluent 2021/R2. Τα αποτελέσματα του μοντέλου συγκρίθηκαν και πιστοποιήθηκαν με υπολογιστικά και πειραματικά αποτελέσματα τα οποία είναι διαθέσιμα στην βιβλιογραφία. Τέλος, τα εξαγόμενα αποτελέσματα κατέδειξαν πως η εξαναγκασμένη συναγωγή λόγω της ορμής των σταγονιδίων είναι ο κυρίαρχος μηχανισμός της ψύξης, ενώ οι κατανομές της θερμοκρασίας, της ροής θερμότητας και του πάχους του υγρού φιλμ πάνω στην ψυχόμενη επιφάνεια αξιολογήθηκαν, εξάγοντας έτσι χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με την αποτελεσματικότητα της μεθόδου της ψύξης με ψεκασμό. |
| author2 |
Parissis, Panagiotis |
| author_facet |
Parissis, Panagiotis Παρίσσης, Παναγιώτης |
| author |
Παρίσσης, Παναγιώτης |
| author_sort |
Παρίσσης, Παναγιώτης |
| title |
Υπολογιστική προσομοίωση ψύξης με ψεκασμό |
| title_short |
Υπολογιστική προσομοίωση ψύξης με ψεκασμό |
| title_full |
Υπολογιστική προσομοίωση ψύξης με ψεκασμό |
| title_fullStr |
Υπολογιστική προσομοίωση ψύξης με ψεκασμό |
| title_full_unstemmed |
Υπολογιστική προσομοίωση ψύξης με ψεκασμό |
| title_sort |
υπολογιστική προσομοίωση ψύξης με ψεκασμό |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/24760 |
| work_keys_str_mv |
AT parissēspanagiōtēs ypologistikēprosomoiōsēpsyxēsmepsekasmo AT parissēspanagiōtēs computationalsimulationofspraycooling |
| _version_ |
1771297365480701952 |
| spelling |
nemertes-10889-247602023-03-10T04:39:44Z Υπολογιστική προσομοίωση ψύξης με ψεκασμό Computational simulation of spray cooling Παρίσσης, Παναγιώτης Parissis, Panagiotis Υπολογιστική ρευστοδυναμική Ηλεκτρονικά ισχύος Ψύξη με ψεκασμό Βρασμός Δυναμική σταγονιδίων Διφασικές ροές Μετάδοση θερμότητας Φαινόμενα μεταφοράς Computational fluid dynamics (CFD) Ansys fluent DPM Power electronics Spray cooling Boiling Droplet dynamics Two-phase flows Heat transfer Transport phenomena Η διαρκώς αυξανόμενη χρήση των ηλεκτρονικών ισχύος σε πληθώρα τεχνολογικών εφαρμογών αιχμής (διαστημική, τεχνητή νοημοσύνη, ιατρική, μεταφορές, μεγάλοι διαμετακομιστές δεδομένων πληροφορικής και τηλεπικοινωνιών κ.α.) καθιστά ως απολύτως αναγκαία την ανάπτυξη νέων και πιο ισχυρών ηλεκτρονικών διατάξεων με ταυτόχρονη μείωση του μεγέθους τους. Αναπόφευκτα, η αύξηση της απαιτούμενης ισχύος επιτάσσει την ανάπτυξη αποτελεσματικών τεχνικών και μεθόδων απαγωγής μεγάλων ποσών θερμότητας ώστε να διασφαλίζεται η αδιάλειπτη και ευσταθής λειτουργία των ηλεκτρονικών, κάτι που οι συμβατικές μέθοδοι ψύξης αδυνατούν να ικανοποιήσουν. Η ψύξη με ψεκασμό έχει αναδειχθεί ως μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος, ικανή να απάγει μεγάλα ποσά θερμότητας ενώ ταυτόχρονα διατηρεί μια ομοιόμορφη θερμοκρασιακή κατανομή στην επιφάνεια του ηλεκτρονικού. Δεδομένης της πολυπλοκότητας του μηχανισμού απαγωγής θερμότητας λόγω του πλήθους των παραμέτρων που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της μεθόδου, η ανάπτυξη μοντέλων υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (CFD), παράλληλα με την απαιτούμενη πειραματική διερεύνηση, είναι απαραίτητη για την καλύτερη κατανόηση και ανάπτυξη της μεθόδου. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται εκτενής ανάλυση των φυσικών μηχανισμών που διέπουν την ψύξη με ψεκασμό, ενώ παράλληλα η βιβλιογραφική ανασκόπηση εστιάζεται στα υπολογιστικά μοντέλα που έχουν αναπτυχθεί για την προσομοίωση της μεθόδου. Στόχος της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός αποτελεσματικού μοντέλου προσομοίωσης της ψύξης με ψεκασμό νερού σε χάλκινη επιφάνεια, κάτω από την οποία εφαρμόζεται σταθερή ροή θερμότητας. Για την ανάπτυξη του μοντέλου προσομοίωσης έγινε χρήση του εμπορικού κώδικα ANSYS Fluent 2021/R2. Τα αποτελέσματα του μοντέλου συγκρίθηκαν και πιστοποιήθηκαν με υπολογιστικά και πειραματικά αποτελέσματα τα οποία είναι διαθέσιμα στην βιβλιογραφία. Τέλος, τα εξαγόμενα αποτελέσματα κατέδειξαν πως η εξαναγκασμένη συναγωγή λόγω της ορμής των σταγονιδίων είναι ο κυρίαρχος μηχανισμός της ψύξης, ενώ οι κατανομές της θερμοκρασίας, της ροής θερμότητας και του πάχους του υγρού φιλμ πάνω στην ψυχόμενη επιφάνεια αξιολογήθηκαν, εξάγοντας έτσι χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με την αποτελεσματικότητα της μεθόδου της ψύξης με ψεκασμό. The rapidly increasing use of power electronics in a variety of state-of-the-art technological applications (space, artificial intelligence, medicine, transport, large servers, telecommunications data centers, etc.) makes it absolutely necessary to develop new and more powerful electronic devices while reducing their overall size. Inevitably, the increase in power requirements demands the development of effective techniques and methods able to dissipate large amounts of heat to ensure the continuous and stable operation of power electronics, something that conventional cooling methods fail to provide. Spray cooling has emerged as a promising method, capable of dissipating large amounts of heat while maintaining a uniform temperature distribution on the surface of the electronic. Given the complexity of the heat dissipation mechanism and the number of parameters that affect the performance of the method, the development of computational fluid dynamics (CFD) models, in parallel with the required experimental investigation, is necessary for a better understanding and development of the method. In this study, an extensive analysis of the physical mechanisms governing spray cooling is carried out, while at the same time the literature review focuses on the computational models that have been developed to simulate spray cooling. The aim of this work is to develop an efficient simulation model of cooling by spraying water on a hot copper surface under which a constant heat flux density is applied. The commercial code ANSYS Fluent 2021/R2 was used to develop the simulation model. The results were compared and verified with computational and experimental results available in the literature. Finally, the extracted results demonstrated that forced convection due to droplet momentum is the dominant cooling mechanism, while the distributions of temperature, heat flux and liquid film thickness on the cooled surface were evaluated, thus drawing useful conclusions about the effectiveness of the spray cooling method. 2023-03-09T09:47:14Z 2023-03-09T09:47:14Z 2023-03-09 https://hdl.handle.net/10889/24760 el CC0 1.0 Universal http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ application/pdf |
