TEK YONGALI ELEKTRONÝK CÝHAZLARIN LAMÝNER VE TÜRBÜLANSLI AKIÞTA SOÐUTULMALARININ ANALÝZÝ

Transkript

1 maale TEK YONGALI ELEKTRONÝK CÝHAZLARIN LAMÝNER VE TÜRBÜLANSLI AKIÞTA SOÐUTULMALARININ ANALÝZÝ Aýn Bura ETEMOÐLU, Musafa Kemal ÝÞMAN, Erhan PULAT, Muhiddin CAN * Bu çalýþmada eleroni sisemlerin soðuulmasý haýnda ýsaca bilgi verildien sonra ii paralel levhadan alai üzerine mone edilmiþ ve eleroni bir ongaý simüle eden e bir blo üzerinden aýþ ve sýcalý daðýlýmý hesaplamalý olara analiz edilip blo üzeindei erel ýsý ransfer asaýlarý hesaplanmýþýr. Analizler, Laminer durum için Re= , Türbülanslý durum için Re= aralýðýnda apýlmýþýr. Hesaplamalarda geomeri faörler sabi uulmuþ ve blo üzerinde 50 W/m 'li sabi ýsý aýsý abul edilmiþir. Aýþan özellilerinin sýcalýla deðiþimi ve aldýrma uvvei eileri göz önüne alýnmýþýr. Renolds saýsýnýn armasýla ýsý aþýným asaýsý armaadýr. Masimum sýcalý blo ara üzü dibinde oluþmaadýr. Masimum ýsý ransfer asaýsý her durum için blo ön üs öþesinde oluþmaadýr. Blo arasýndai eniden birleþme uzunlularýnýn, ürbülanslý aýþ durumunda laminer aýþ durumuna göre daha ýsa olduðu görülmüþür. Anahar sözcüler : Eleroni soðuma, HAD, üzee mone edilmiþ blo, aþýným, laminer ve ürbülanslý aýþ. In his sud, firsl brief informaion abou he cooling of elecronic ssems is inroduced and hen veloci and emperaure disribuion in he flow over surface mouned bloc simulaed single chip elecronic module are analzed compuaionall. Finall, local convecive hea ransfer coefficiens are deermined for bloc surfaces. Compuaions are performed in he Renolds number range of for laminar case and for urbulen case.in compuaions geomerical facors are fied and 50 W/m consan hea flu over he bloc surface is assumed. Variaion of fluid properies wih emperaure and buoanc effec are considered. Local hea ransfer coefficien increases wih increasing Renolds number. Maimum emperaure occurs a he boom corner of he bac side of he bloc. Maimum hea ransfer coefficiens are obained a he fron corner of op surface of he bloc for each cases. Reaachmen lengh a he downsream of he bloc in he urbulen case is shorer han he laminer case. GÝRÝÞ Eugulamalar, aþadýðýmýz ve çalýþýðýmýz oramlarýn ýsýýlmasý ve leroniei hýzlý geliþmeler modern haaý baþan baþa çevrelemiþ ve eleroni cihazlar günlü haaýn arýlmaz bir parçasý haline gelmiþir. Eleroni ve bilgisaar deseli soðuulmasýndan savunma sanaisine, saðlýan eðiime adar geniþ bir alanda er bulmuþ, güvenli ve onforumuz için oðun þeilde ullanýlýr hale gelmiþir. Ugulama alanlarýnýn oðun ve vazgeçilmez oluþu eleroni sisemlerin güvenle ve üse performansla çalýþmasýný gereli ýlmaadýr. Özellile savunma, saðlý, iþ ve eðiim sisemlerinde ullanýlan bilgisaarlarda oluþaca problemler alnýzca bu servislerin asamasýný saðlamaaca, aný zamanda insan haaýný önemli derecede olumsuz eileeceir. Eleroni cihazlarýn performanslarýnýn, güvenilirlilerinin, ömürlerinin arýrýlmasý ihiacý açýnýlmazdýr. Bu nedenle onu üzerinde sisemli ve düzenli çalýþmalar üm dünada sürdürülmeedir. Bir dirençen aým geçiðinde ýsý üreildiði bilinen bir gerçeir. Eleroni cihazlar da görevlerini erine geiriren bu olla ýsý üreirler. Eleroni cihazlarýn üçülmesine paralel olara birim hacimde üreilen ýsý miarý da doðal olara armaadýr. Eleroni cihazlardai haa oraný, sýcalýðýn arýþýla üssel olara armaadýr. Þeil 1'de eleroni cihazlarda oluþan haa oranýnýn sýcalýla deðiþimi göserilmeedir [1]. Kewords : Elecronics cooling, CFD, surface mouned bloc, forced convecion, laminer and urbulen flow. * Uludað Üniversiesi, Mühendisli-Mimarlý Faülesi, Maina Mühendisliði Bölümü Þeil 1. Haa Oranýnýn Sýcalýða Baðlý Arýþý.[1] 18 Mühendis ve Maina - Cil: 45 Saý: 535

2 maale Gereiði gibi ugun asarlanýp onrol edilmeen eleroni eipmanlarda ýsý üreiminin oluþurduðu üse çalýþma sýcalýlarý güvenli ve performansýn azalmasýna neden olur. Bu gerçe, ýsý ransferinde, ani soðuma sisemlerinde geliþmei ve eni araþýrmalarý zorunlu ýlmaa, eleroni elemanlarýn asarým ve iþleiminde ermal onrolün önemini gün geçiçe arýrmaadýr. Davalah ve Beazýoðlu, üç blo üzerinden olan laminer, ii boulu, geliþmee olan aýþý ve zorlanmýþ aþýnýmý süreli rejimde saýsal olara incelemiþlerdir. Çözümleri diðer geomeri özelliler sabi olma üzere dör deðiþi blo aralýðý için apmýþlardýr. Son blo arasýndai eniden birleþme uzunluðu Renolds saýsýnýn armasýla armaadýr. Blolar arasýndai aýþ ve sýcalý daðýlýmý da bir çuur üzerinden olan aýþa benzemeedir []. Can ve Pula, çalýþmalarýnda eleroni cihazlarýn, çarpan hava jeleri ullanýlara soðuulmasýný incelemiþ, il aýrým ve iþleim harcamalarýný, lüle asarýmý ve ihiaç duulan fan gücüne baðlý olara ifade edere opimizason ilelerini sunmuþlardýr [3]. Pouliaos ve Wierza, miroeleroni bir cihazýn zorlanmýþ aþýnýmla soðuulmasý için ürbülanslý saýsal bir çalýþma apmýþlardýr. Aýþ, sýýþýrýlamaz, daimi ve ii boulu olara ele alýnmýþ ve -e ürbülans modeli ullanýlmýþýr. Bu çalýþmada eþleni (ileimaþýným) ýsý ransferi eileri incelenmiþ ve sýcalý daðýlýmlarý elde edilmiþir [4]. Igarashi ve Taasai arafýndan apýlan çalýþmada laminer bir sýnýr abaa içine erleþirilmiþ ii boulu didörgen bir blo erafýndai aýþ ve ýsý ransferi denesel olara incelenmiþir. Bu çalýþmada aýþ, blo üseliðinin sýnýr abaa alýnlýðýna oranýna ve Renolds saýsýna baðlý olara üç ipe arýlmýþýr. Bunlar, laminer, arýlma ve eniden birleþme ipi aýþlardýr. Bu çalýþmada her üzdei oralama Nussel saýsý ifadeleri çýarýlmýþýr [5]. Zahn ve aradaþlarý, e bir serami miroeleroni paein soðuulmasýný üç boulu süreli laminer aýþ þarlarýnda ANSYS-FLOTRAN programýný ullanara analiz emiþlerdir. Elde edilen nümeri sonuçlarýn denesel verilerle uumlu olduðu rapor edilmiþir [6]. Zhao ve Lu bir miro analda zorlanmýþ aþýnýmla olan ýsý ransferini saýsal olara incelemiþlerdir. Çalýþmalarýnda onga üzerinde anaçý ve gözeneli oram olma üzere ii durumu incelemiþlerdir ve Nussel saýsý üzerine ýsý ileim asaýsý ve anal geomerisinin eilerini belirlemiþlerdir. Sonuçlarý, sabi ýsý aýsý ve sabi üze sýcalýðý þarlarý için es emiþlerdir [7]. Eleroni Sisemlerin Soðuulmasý ve Isýl Tasarýmý Ana devre arlarý üzerine erleþirilmiþ olan didörgenler prizmasý þelindei silion chipler, deðiþi meolarla soðuulabilirler. Þeil 'de eleroni cihazlarýn soðuulmasý iþlemi, ýsý ransferi oramý ve meanizmasýna göre sýnýflandýrýlmýþýr [8]. Isý Transfer Oramýna Göre Hava Su Floroarbon PCB Meal Eleroni Sisemlerin Soðuulmasý Doðal Taþýným Zorlanmýþ Taþýným Buharlaþma/Yoðuþma Kanama/Yoðuþma Ýleim Þeil. Eleroni Cihazlarýn Soðuulmasý. [8] Isý Transfer Meanizmasýna Göre Eleroni elemanlarýn ýsýl açýdan onrolünün ana hedefi, eleman sýcalýðýný belirlenen sýnýrlar içerisinde uabilmeir. Çalýþma sýcalýðýnýn limileri aþmasý, performansýn azalmasýna ve manýsal haalarýn oluþmasýna neden olur. Arzu edilmeen bu çalýþma oramýnýn oluþmasýný önleme için ugun bir soðuma meodu ullanýlmalýdýr. Genel olara, miroeleroni elemanlarýn üze sýcalýlarýnýn C arasýnda olmasý ar üzerindei üniformluðu, ugun bir fiaý ve güvenilirliði saðlamaadýr [9]. Þeil 'den de görüleceði üzere, eleroni elemanlarýn soðuulmasýnda deðiþi meolar ve deðiþi soðuucu aýþanlar ullanýlabilmeedir. Bu çalýþmada, zorlanmýþ aþýným esaslý ve aýþan olara havanýn ullanýldýðý soðuma önemi incelenmiþir. Bu önem en agýn olara ullanýlan soðuma meodudur. Çünü, hava isenilen miarda Mühendis ve Maina - Cil: 45 Saý:

3 maale amosferde mevcuur. Arýca, asarým ve baým olalýðý, düþü fiaý ve üse güvenilirliði havaý ii bir seçene haline geirmeedir. Eleroni sisemlerin ýsýl asarýmý, ýsý ransferinin ugulama alanlarýndan birisi olup, inceleme üzere alýnan sisem e bir ongadan (chip) oluþabildiði gibi birden fazla ongadan da oluþabilir. Her ii durumda da onga vea ongalar basý devre üzerine, basý devrele aný hizada olaca þeilde a da basý devre üzerinde çýýný oluþuraca þeilde mone edilebilirler. Buradan hareele, gerçe siseme benzer olara, fizisel sisemdei ongalarý simüle eden blolar, düzlem levha üzerinde modellenebilirler. Bölece birer ýsý anaðý olan ve levhalardan biri üzerine mone edilmiþ blolar için, ii paralel levha arasýndai aýþ halinde ýsý ransferi analizi apýlabilir. Blolarda ve blolarýn mone edildiði levhada ileimle olan ýsý ransferi önemli ise analize bu einin de ilave edilmesi geremee ve o zaman bu özel ýsý ransferi analizi "eþleni (conjugae)" ýsý ransferi analizi olara adlandýrýlmaadýr. Çünü blolarda üreilen ýsýnýn bir bölümü, aþýným anýnda ileimle çeilmeedir. Birinci durumda ýsýýlmýþ blolardan olan ýsý abý sadece soðuucu aýþana aþýnýmla, anca mone edildiði levhaa ileimle olmaadýr. Bundan dolaý eleroni devreler asarlanýren devrelerle birlie, bu devrelerin apýldýðý malzemeler ve mone edildiði plaalarýn apýldýðý malzemeler de önem azanmaadýr. Bölece daha önce eleroni imalaýnda ullanýlmaan malzeme ve meolar eleroni sisemlerin soðuulmalarý önem azandýça birer birer bu sahaa girmeedir. Ýi paralel levhadan alai düzlem levha üzerine mone edilmiþ blolar erafýndai aýþ analizinde, aýþ üç ýsma arýlabilir. Blolar am geliþmiþ aým bölgesinde olabileceði gibi geliþmee olan aým bölgesinde de olabilir. Her ii durum için de aým, ön basama aýþý, çuur aýþý ve geri basama aýþý bölgelerine arýlabilir. Þeil 3'e sözonusu aýþ bölgeleri ve üzee mone edilmiþ blolar üzerinden olan aýþ ve ýsý ransferi analizinde ullanýlan geomeri büülüler görülmeedir. Burada, aýþý eileen geomeri büülüler aþaðýdai gibi ifade edilebilir : h H = Blo üseliðinin anal üseliðine oraný (Bloaj oraný) l h = Blo uzunluðunun blo üseliðine oraný (Pae görünüþ oraný) H H h = Kanal geniþleme oraný s = Blolar arasý mesafenin blo uzunluðuna oraný l Günümüzde özellile üeici eleroniðine öneli birço ugulamalarda e ongalý eleroni sisemler agýn olara ullanýlmaadýr. Arýca ço fazla reabein olduðu bu alanda gere e ongalý (single chip module) gerese ço ongalý (mulichip module) sisemlerin ýsýl asarýmýnda Hesaplamalý Aýþanlar Dinamiði HAD ullanýmý da "virual prooping" asarým manýðý çerçevesinde armaadýr. HAD ile asarým ve geliþirme Þeil 3. Aýþ Bölgeleri ve Geomeri Büülüler. 0 Mühendis ve Maina - Cil: 45 Saý: 535

4 maale zamanýnýn ýsa oluþu, denelere göre daha ucuz oluþu ve farlý aýþ oþullarýnýn rahalýla modellenip incelenebilmesi HAD'ýn avanajlarýndan bazýlarýdýr. Bu çalýþmanýn amacý aran performans ve hýza paralel olara giiçe boularý üçülen dolaýsýla da ýsý üreimindei arýþa arþýlý ýsý ransfer alaný azalan eleroni sisemlerde hem laminer hem ürbülanslý aýþ þarlarýnda aþýnýmla olan ýsý ransferini ve bazý aýþ paramerelerini hesaplamalý olara analiz emeir. Bu masala agýn olara ullanýlan e ongalý eleroni sisemleri simüle eden e bir blo üzerinden olan aýþ ve ýsý ransferi göz önüne alýnmýþýr. Igarashi ve Taasai'nin [11] apýðý denesel çalýþmaa göre blo üseliðine göre anýmlanmýþ Renolds saýsý 900 olduðu durumda ürbülanslý aýþa geçiþ baþlamaadýr. Bundan dolaý laminer ve ürbülanslý aýþ þarlarýndai oralama anal giriþ hýzlarý bu denesel çalýþma göz önüne alýnara seçilmiþir. ANALÝZ HAD'ýn uarýdai avanajlarý göz önüne alýnara, eleroni elemanlarýn soðuulmasý sürecini inceleebilme amacýla, orunum denlemleri ANSYS-FLOTRAN programý ullanýlara Galerin sonlu elemanlar meodula çözülmüþür. Aýþ sýýþýrýlamaz, ii boulu ve süreli rejimdedir. Türbülanslý aýþ durumu için -e ürbülans modeli ullanýlmýþýr ve giriþ ürbülans þiddei %1 olara alýnmýþýr.cidar þarý olara Van Dries alaþýmý abul edilmiþir. Havanýn ermofizisel özellilerinin (, r, ) sýcalýla deðiþimi ve aldýrma uvvei eileri diae alýnmýþýr. Problemin çözümünde gereli olan diðer sýnýr þarlarý Þeil 4'de verilmiþir. Korunum Denlemleri Laminer Aýþ : Sürelili : ( ρu) ( ρv) = 0 ( ρuu) ( ρvu) P = -momenum : u u ( ρuv) ( ρvv) P = -momenum : v v g ρ ( ρucpt) ( ρvcpt) Enerji : = Türbülanslý Aýþ: T ( ρu) ( ρv) Sürelili : = 0 T Q V ( ρuu ) ( ρvu) P = -momenum : u u -momenum : Enerji : ( ) ( ) ( ρuv) ( ρvv) P = v ρ ( ) g u CpT v C ρ ρ T p v ( ) T = ( ) ( ) Qv T Burada m ve sýrasýla ürbülanslý edd visoziesi ve ürbülanslý edd ileenliðidir. Bu erimlerin hesaplanabilmesi için ürbülans inei enerjisi, ve onun aýlma hýzý e'nun bilinmesi geremeedir. Türbülans inei enerjisi ve onun aýlma hýzý aþaðýdai gibi anýmlanýr. [( u ) ( v ) ] 1 = Mühendis ve Maina - Cil: 45 Saý: 535 1

5 Mühendis ve Maina - Cil: 45 Saý: 535 maale m 3/ l = Burada lm Prandl'ýn arýþým uzunluðudur. Jones ve Launder ve e' nun çözümü için aþaðýdai ranspor denlemini ullanmýþlardýr. ρ σ σ = ρ ρ G v u C G C v u 1 ρ σ σ = ρ ρ Burada, G ürbülans inei enerjisinin üreimini emsil eder ve aþaðýdai þeilde anýmlanýr. = v u v u G Diðer -e model sabileri ise C 1=1,44, C =1,9, s e=1,3'dür. M ve uarýdai denlemlerin çözülmesi ve ρ = C ile p C σ = denlemlerinde erine onulmasýla elde edilir. Burada s ürbülanslý Prandl saýsýdýr ve Renolds analojisine göre s =1,0' dýr. C m deðeri ise 0,09' dur. Paralel levhalar arasýnda aýþ durumunda, e bir onga üzerinde sabi ýsý aýsý durumu için çözümler, farlý düðüm noasý saýlarý için gerçeleþirilmiþir. 944 ade düðüm noasý deðerinden sonra sonuçlarýn deðiþmediði ararlý durumun saðlandýðý görülmüþür. Bu nedenle çözümler için bu mesh apýsý ullanýlmýþýr. Bu þarlarda ele alýnan geomeri ve düðüm noasý apýsý Þeil 5'e verilmeedir. Sýnýr abaa bölgesinde að apýsý hassasie göz önüne alýnara sý uulmuþur. Analiz esnasýnda bloaj oraný 0.0, pae görünüþ oraný.50 ve anal geniþleme oraný 1.5 alýnmýþýr. Aýþan (hava) anala büün durumlar için 5 C üniform sýcalýa girmeedir. Blo üzerinde 50 W/m Þeil 4. Sýnýr Þarlarý ve Boular. Þeil 5. Geomerinin Aðlara Bölünmüþ Hali (944 að).

6 maale sabi ýsý aýsý olduðu abul edilmiþir. Bu sýnýr þarlar alýnda ANSYS-FLOTRAN odu ullanýlara laminer ve ürbülanslý aýþ halleri için farlý hýzlarda çözümler apýlmýþýr. BULGULAR Laminer Aýþ Þeil 6 ve 7'de Re=1850 için, sýrasýla sýcalý ve hýz daðýlýmlarý örne analiz sonuçlarý olara verilmiþir. Þeil 6'da verilen sýcalý daðýlýmýndan görülebileceði üzere, en üse sýcalýða bloðun ara üzünde ulaþýlmýþýr (~89 C). Bu deðer güvenilirli sýnýrlarý içerisinde olmasýna raðmen ine de dia edilmesi gereen bir büülüedir. Bu sonuçan, ein soðumanýn apýlmasý gereen bölgenin blo un ara üzü olmasý gereiði anlaþýlmaadýr. Belendiði üzere, giriþe düzgün olan aýþ, anal içinde geliþmee ve blo üzerinde bozulmaadýr. Blo un ön üzü al ýsmýnda üçü bir girdap oluþmaadýr. Hýz, blo un ön üz üs ýsmýna doðru üselmee ve en üse deðerine ulaþmaadýr. Þeil 7'de görüldüðü gibi blo un ara ýsmýnda uzun bir girdap oluþmaadýr Renolds saýsý aralýðýnda apýlan analizler sonucunda blo ön, üs ve ara üzelerinde aþýným asaýlarýnýn deðiþimi Þeil 8, 9 ve 10'da verildiði gibidir. Türbülanslý Aýþ Türbülanslý aýþ durumu için de laminer aýþaine benzer olara aýþ ve ýsý ransferi analizleri apýlmýþ, sýcalý ve hýz daðýlýmlarý elde edilmiþir. Belendiði üzere, ürbülanslý aýþa, ýsý aþýným asaýsýnýn daha üse oluþuna baðlý olara, blo üze sýcalýlarý daha düþü espi edilmiþir. Þeil 6. Laminer Aýþa Re=1850 Ýçin Sýcalý Daðýlýmý Þeil 7. Laminer Aýþa Re=1850 Ýçin Veörel Hýz Daðýlýmý Mühendis ve Maina - Cil: 45 Saý: 535 3

7 maale ýsý aþýným asaýsý h [W/mK] ,000 0,00 0,004 0,006 0,008 0,010 Re=740 Re=1100 Re=1500 Re=1850 [m ] Þeil 8. Blo Ön Yüzeinde Isý Taþýným Kasaýsýnýn Aþaðýdan Yuarýa Doðru Deðiþimi 17 ýsý aþýným asaýsý h [W/mK] ,000 0,005 0,010 0,015 0,00 0,05 [m] Re=740 Re=1100 Re=1500 Re=1850 Þeil 9. Blo Üs Yüzeinde Isý Taþýným Kasaýsýnýn Soldan Saða Doðru Deðiþimi 8 ýsý aþýným asaýsý h [W/mK] ,000 0,00 0,004 0,006 0,008 0,010 [m] Re=740 Re=1100 Re=1500 Re=1850 Þeil 10. Blo Ara Yüzeinde Isý Taþýným Kasaýsýnýn Yuarýdan Aþaðýa Doðru Deðiþimi 4 Mühendis ve Maina - Cil: 45 Saý: 535

8 maale Þeil 11 ve 1'de Re=3700 için sýrasýla sýcalý ve hýz daðýlýmlarý örne analiz sonuçlarý olara verilmiþir Renolds saýsý aralýðýnda apýlan diðer analizler sonucunda elde edilen blo ön, üs ve ara üzelerindei aþýným asaýlarýnýn deðiþimi Þeil 13, 14 ve 15'dei grafilerde görülmeedir. Yonga üzerindei hýz daðýlýmýnýn ne bir þeilde incelenebilmesi için, hýz veörleri Þeil 16'da arýnýlý olara verilmiþir. Þeil 11. Türbülanslý Aýþa Re=3700 Ýçin Sýcalý Daðýlýmý. Þeil 1. Türbülanslý Aýþa Re=3700 Ýçin Veörel Hýz Daðýlýmý. -h 8 ýsý aþýným asaýsý h [W/mK] ,00 0,004 0,006 0,008 0,01 [m] Re=3700 Re=7400 Re=11000 Re=15000 Re=18500 Þeil 13. Blo Ön Yüzeinde Isý Taþýným Kasaýsýnýn Aþaðýdan Yuarýa Doðru Deðiþimi Mühendis ve Maina - Cil: 45 Saý: 535 5

9 maale -h ýsý aþýným asaýsý h [W/mK] ,000 0,005 0,010 0,015 0,00 0,05 [m] Re=3700 Re=7400 Re=11000 Re=15000 Re=18500 Þeil 14. Blo Üs Yüzeinde Isý Taþýným Kasaýsýnýn Soldan Saða Deðiþimi -h ýsý aþýným asaýsý h [W/mK] ,000 0,00 0,004 0,006 0,008 0,010 [m] Re=3700 Re=7400 Re=11000 Re=15000 Re=18500 Þeil 15. Blo Ara Yüzeinde Isý Taþýným Kasaýsýnýn Yuarýdan Aþaðýa Doðru Deðiþimi Þeil 16. Re=1500 Ýçin Yonga Üzerindei Veörel Hýz Daðýlýmý. 6 Mühendis ve Maina - Cil: 45 Saý: 535

10 maale TARTIÞMA, SONUÇ ve ÖNERÝLER Þeil 7 ve Þeil 1 incelendiðinde blo arasýnda oluþan eniden birleþme uzunlularýnýn göz önüne alýnan Renolds saýlarýnda ürbülanslý aýþa laminer aýþan daha ýsa olduðu görülmeedir. Bu durum lieraürdei birço çalýþma arafýndan da ei edilmiþir [1] ve ürbülanslý aýþa Renolds saýsýnýn armasýla azalmaa ve belli bir deðerden sonra Renolds saýsýndan baðýmsýz olara sabi almaadýr. Bu durum ço ongalý eleroni sisemlerde iinci ve diðer ongalarýn ýsý ransferi göz önüne alýnara ar üzerinde nerelere erleþirilmeleri gereiði açýsýndan önem arz emeedir. Þeil 8'de laminer aýþa blo ön üzeinde ýsý aþýným asaýsýnýn aþaðýdan uarýa doðru deðiþimi verilmiþir. Þeilden de görüleceði gibi üm Renolds saýlarýnda, blo üzeinde aþaðýdan uarýa doðru h armaadýr. Blo dibinden uarýa doðru 0, cm'e adar hemen hemen üm Renolds saýlarýnda h fazla deðiþmemesine raðmen 0, cm'den sonra Re=740'da h alaþý W/ m K daha düþü almaa faa benzer eðilim sergilemee ve blo ucunda bu farlýlýa oradan almaadýr. Genel olara laminer aýþa blo ön üzei üzerindei ýsý aþýnýmýna Renolds saýsýnýn eisi ihmal edilebilece merebededir ve bu durum Igarashi ve Taasai'nin [4] 5 mm blo üseliði için olan denesel çalýþmasýla uumludur. Þeil 9'da blo üs üzeinde ýsý aþýným asaýsýnýn deðiþimi görülmeedir. Þeil incelendiðinde büün Re saýlarýnda en üse ýsý aþýným asaýsýnýn blo ucunda olduðu görülmeedir. Burada esi daralmasýndan dolaý masimum hýza ulaþýlmaa ve arýca blo üs üzei üçü bir düzlem levha gibi düþünüldüðünde levhanýn baþýnda ýsý aþýným asaýsýnýn masimum olmasý zaen belenilmeedir. Re=740 ve Re=1100 de blo ucundan iibaren blo üzei bounca h giiçe azalmaadýr. Re=1500 ve 1850'de ise h blo ucundan iibaren ýsa bir mesafede, Re=740 ve 1100'e göre daha hýzlý azalmaa sonra Re=740 ve 1100'e göre daha üse bir deðere çýmaa ve onlarla aný eðilimde azalmaadýr. Blo giriþinden iibaren sýnýr abaa alýnlýðý giiçe arýðýndan ýsý aþýným asaýsý da giiçe azalmaadýr. Igarashi ve Taasai'nin [11] H=5 mm blo üseliði için üse hýzlarda (4m/s) blo orasýndan iibaren bir üselme göze çarpmaadýr. Bizim çalýþmamýzda bu duruma blo orasýndan önce arþýlaþýlmaadýr. Diðer durumlar bu çalýþmala uumludur. Þeil 10'dan da blo ara üzeinde uarýdan aþaðýa doðru ýsý aþýným asaýsýnýn deðiþimi verilmiþir. Tüm Re saýlarýnda blo ara üzünün üs ucunda en üse h deðerine ulaþýlmaadýr. Blo arasýnda çevrim apan aýþan blo alýndan blo üsüne doðru aaren sýcalý eisile hýzlanmaadýr ve dolaýsýla ýsý aþýným asaýsý armaadýr. Þeil 11 ve 1'de Re=3700 için sýrasýla sýcalý daðýlýmý ve veörel hýz daðýlýmý verilmiþir. Masimum sýcalý (»57 C) ine blo ara üz al noasýnda oluþmaadýr. Ve laminer aýþ durumundan olduça düþü deðerdedir. Faa ürbülanslý durumda da ein soðumanýn apýlmasý gereen erin ine bu noa olduðu görülmeedir. Þeil 13'de ürbülanslý aýþa blo ön üzeinde ýsý aþýným asaýsýnýn aþaðýdan uarýa deðiþimi verilmiþir. Yine þeilden görüleceði gibi üm Re saýlarýnda blo orasýna adar (=0,004m) ýsý aþýným asaýsýnýn hemen hemen aný deðerlerde olmasýna arþýlý blo orasýndan sonra Re saýsýnýn armasýla armaadýr. Aýþ hýzýnýn armasý blo ön üzei dibinde oluþan ve neredese sabileþen aýþ apýsýný bozmamaa anca blo ön üzei orasýndan sonra sýcalý eisinden dolaý uarý doðru bir hýzlanmaa neden olmuþ gibi gözümeedir. Þeil 14'de blo üs üzeinde ýsý aþýným asaýsýnýn deðiþimi görülmeedir. Þeil 9'daine benzer bir apý burada da göze çarpmaadýr. Re=3700, 7400 ve Re=15000 için h azalmaa sonra bir miar üselmee (=0,005) sonra Re=3700'de daha fazla olma üzere giiçe düþmeedir. Anca dia çeici bir diðer husus da =0,005 m'e adar olan bu bölgede Re=11000'de h deðerlerinin azda olsa Re=15000'dei h deðerlerinin biraz üsünde olmasýdýr. Bu durum muhemelen blo Mühendis ve Maina - Cil: 45 Saý: 535 7

11 maale üs üzeinde að saýsýnýn eersiz almasýndan analanmaadýr. Hem laminer (Þeil 9) hem de ürbülanslý aýþ (Þeil 14) bazý Re saýlarýnda arþýlaþýðýmýz ýsý aþýným asaýsýnýn blo ucundan iibaren bir müdde düþüen sonra üselip erar azalmasý durumu bu Re saýlarýnda blo üs üzeinde bir çevrim oluþmasý üzündendir. Isý aþýným asaýsýnýn arýðý bölgeler bu çevrim bölgesinin eniden birleþiði noalardýr ve bu durum Igarashi ve Taasai'nin [11] çalýþmalarýnda da görülmeedir. Þeil 15'de blo ara üzeinde ýsý aþýným asaýsýnýn deðiþimi görülmeedir ve genel eðilim laminer durumdaine (Þeil 10) umaadýr. En düþü Re saýsýnda (Re=3700) eðrinin aný eðilimde olmasýna raðmen ýsý aþýným asaýsý diðerlerine nazaran olduça üçüür. Yuarýdai sonuçlar ve arýþmalar göz önüne alýndýðýnda ele alýnan durum için masimum sýcalý blo ara al öþesinde oluþmaadýr. Bu durumda özellile laminer durumda ileim eileri de hesaba aýlara eþleni bir analizle ürbülanslý aýþa geçmeden devre arýndan olan ileim aýsýla ani pasif meolarla bu sýcalý düþürülmee çalýþýlmalýdýr. Türbülanslý aýþ ýsý ransferini arýrmaa faa gereli fan gücünü de arýrara soðuma malielerini arýrmaadýr. SEMBOLLER f : haa oraný, (-) : ýsý ileim asaýsý (W/mK) u, v :, oordinalarýndai hýz bileþenleri (m/s) r : oðunlu (g/m 3 ) T : Sýcalý, ( C) m : visozie (Ns/m ) U : hýz, (m/s) cp : özgül ýsýnma ýsýsý (J/gK) Re : Renolds saýsý (=U.Dh/nhava) P : basýnç (Pa) Dh : Hidroli çap (=(4.H.Z)/(HZ)) PCB : Basý devre arý H,Z : Kanalýn üseliði ve geniþliði KAYNAKÇA 1. Çengel, Y.A., Hea Transfer-A Pracical Approach (nd Ed.), The McGraw-Hill Companies Inc. USA, 93 p., Davalah, J. and Baazýoðlu, Y., Forced Convecion Cooling Across Recangular Blocs, Trans. of he ASME J. of Hea Transfer, 109, 31-38, Can, M. and Pula, E., Cooling of Elecronic Ssems b Impinging Air Jes, Cooling of Elecronic Ssems (Eds. S.Kaaç, H.Yüncü, K.Hijiaa)-NATO ASI Series, Serie E:Applied Sciences, Kluwer Academic Publishers, 58, , Pouliaos, D. and Wierza, A., Cooling of Microelecronic Sensor b Turbulen Forced Convecion, Cooling of Elecronic Ssems (Eds. S.Kaaç, H.Yüncü, K.Hijiaa)-NATO ASI Series, Serie E:Applied Sciences, Kluwer Academic Publishers, 03-4, Igarashi, T. and Taasai H., Fluid Flow and Hea Transfer Around A Recangular Bloc Fied on a Fla Plae Laminar Boundar Laer, Proc. of he ASME/JSME Thermal Engineering, Boo No.H0933A, pp.95-30, Zahn, B.A., Sou, R.P. and Billings, D., A Thermal Comparaive Sud of a Ceramic Dual In-Line Pressed Microelecronics Pacage Using Boh Compuaional Fluid Dnamics and Solid Modelling Techniques on he ANSYS Finie Elemen Analsis Ssem, ANSYS Conference Proceedings, II, pp , Zhao, C.Y. and Lu, T.J., Analsis of Microchannel Hea Sins for Elecronics Cooling, Inernaional Journal of Hea and Mass Transfer, 45, , Abboud, J.B., Hea Transfer Invesigaion of Microelecronic Equipmen Using Finie Elemen Modelling Techniques, PhD Thesis, Universi of Bah, 98 p., Sözbir, N., Sözbir, M., Emeçi, Ý., Saraç, H.Ý. ve Çallý, Ý., Eleroni Sisemlerin Isý Taþýnýmý Ýle Soðuulmasý, ULIBTK' Ulusal Isý Bilimi ve Teniði Kongresi Bildiriler Kiabý, Edirne, , Pula, E., Miroeleroni Devre Elemanlarýnýn Zorlanmýþ Taþýnýmla Soðuulmasýnýn Simülasonu, Doora Tezi, UÜ Fen Bilimleri Ensiüsü, Igarashi, T. and Taasai H., "Fluid Flow Around Three Regangular Blos in a Fla-Plae Laminer Boundar Laer" Eperimenal Hea Transfer, Vol.5, 17-31, Morris G. K. And Garimella S. V., "Thermal Wae Downsream of a Three Dimensional Obsacle" Eperimenal Thermal and Fluid Science, 1-1, 65-74, Mühendis ve Maina - Cil: 45 Saý: 535