THERMAL PERFORMANCE ENHANCEMENT OF HEAT SINKS USING PHASE CHANGE MATERIALS FOR ELECTRONIC COOLING. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

	PDF (Thesis) MS-Thesis-Final version.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 5 January 2024. Download (7MB)
	PDF MS-Thesis-Final version.pdf Restricted to Repository staff only until 5 January 2024. Download (7MB)

Arabic Abstract

مع إنتاج أجهزة إلكترونية عالية الأداء وصغيرة الحجم في السنوات الأخيرة والتي تولد قد ًرا كبي ًرا من الحرارة مما يؤثر سلبًا على أدائها الحراري وعمرها الافتراضي. لذلك أخذ الباحثون مجال الإدارة الحرارية بشكل جدي عند القيام بتصميم وصناعة الأجهزة الإلكترونية. في هذه الدراسة ، يخضع المشتت الحراري المزعنف المملوء بمواد متغيرة الحالة ) (PCMلاختبارات تجريبية وحسابية من أجل التحقق من فعالية نقل الحرارة لتبريد الأجهزة الإلكترونية. في هذا البحث تم استخدام مادتين متغيرة الحالة مختلفتين PEG-6000و PT 58بشكل منفصل. تم تضمين هذه المواد في المشتت الحراري من غير الزعانف لقياس درجة حرارة قاعدة المشتت الحراري. الغرض من إجراء هذه التجربة هو التحقق من صحة النموذج العددي الذي تم استخدامه في هذا البحث. باستخدام البحث التجريبي لتحديد الخصائص الفيزيائية و الحرارية لـلمواد المتغيرة الحالة، تم إجراء دراسة ثنائية الأبعاد لفحص تأثير تضمين هذه المواد في المشتت الحراري ذو الزعانف على الأداء الحراري لتبريد الأجهزة الإلكترونية المحمولة بحيث يمكن التحكم في إزالة الحرارة الناتجة من الأجهزة الإلكترونية المحمولة من خلال تضمين هذه المواد في نظام التبريد المستخدم في هذه الدراسة. لأن المواد المتغيرة الحالة تملك معامل توصيل حراري ضعيف جدا فقد تم تحسين التوصيل الحراري من خلال تصميم المشتت الحراري ب ُمح ِّسن التوصيل الحراري بنسبة ٪9من الزعانف المعدنية. في هذه الدراسة تم استخدام تصميمين للمشتت الحراري الأول ذو زعانف بسمك ( 2مم) والثاني ذو زعانف بسمك ( 3مم) لإظهار تأثير تغييرسمك الزعنفة تحت معدلات حرارة مختلفة. باستخدام طريقة الحجم المحدود ، تُستخدم عمليات المحاكاة العددية والتي تتغير مع الوقت للتحقيق في تأثيرات مستويات الحرارة المتغيرة على انتقال الحرارة وذوبان / تصلب الحرارة المترافقة. تم التحقق من صحة هذا النموذج من خلال مقارنته مع بيانات مأخوذة من دراسات لباحثون سابقون والبيانات التجريبية التي أجريت في هذا البحث. وفقًا للنتائج ، في ظل معدل حرارة ثابت 5واط ، هناك انخفاض مثالي بنسبة ٪23.8في درجة الحرارةxix القصوى للمشتت الحراري عند استخدام المشتت الحراري ذو الزعانف بسمك 3مم مع.) (PT 58علاوة على ذلك ، فإن أفضل تحسين قت الذوبان تم الحصول عبيه بنسبة ٪40.18في حالة استخدام ) (PT 58عندما تم تغيير سمك الزعنفة من 2إلى 3مم عند 5واط.أيضا تم تأكيد أن الوقت اللازم لإذابة المواد المتغيرة الحالة قل عن طريق زيادة معدل الطاقة من 5إلى 8واط. أخي ًرا ، أظهر المشتت الحراري ذو الزعانف بسمك 3مم مع ) (PT 58أدا ًء فائقًا لنقل الحرارة ، مما مكنه من الحفاظ على درجة حرارة قاعدة المشتت الحراري ، وتحسين قدرته على التبريد ، وتقليل درجة حرارة التشغيل القصوى

English Abstract

With the production of high-performance and miniaturized electronic devices in recent years, electronic components produce a significant amount of heat, which can result in a reduction in work performance and working life. Therefore, thermal management has become a significant factor in the design and production of electronic components. In this research, the influence of a phase change material (PCM) based finned heat sink is carried out experimentally and numerically in order to investigate the performance of heat transfer to passively cool electronic devices. Two-phase change materials named PEG-6000 and PT 58 were used in this research. Experimentally, these PCMs embedded in an un-finned heat sink to test the base temperature of the heat sink. The purpose of conducting this experiment is to validate the numerical model that has been used in this research. A twodimensional (2D) transient investigation was conducted to study the effect of embedding PCMs into finned heat sink on the thermal performance to passively cool portable electronic devices with the conjunction of experimental analysis to obtain the thermophysical properties of the PCM. The heat removal from the portable electronics can be controlled by embedding these PCMs. The thermal conductivity is improved by designing the heat sink with a 9% thermal conductivity enhancer (TCE) of metallic fins. Two fin thicknesses (2 and 3 mm) are used in this study to show the effect of changing thexvii fin thickness under different heat rates. Conjugate heat transmission and melting/solidification phenomenon are explored by applying different levels of power using finite-volume-method transient numerical simulations. This model is validated with literature data and with the experimental data conducted in this research. According to the findings, under a 5W constant heat rate, there is an optimum reduction of 23.8% in the maximum base temperature when a 3mmthick-finned heat sink is employed with PT 58. Also, the maximum enhancement to the melting time is found to be in the PT 58 of around 40.18% by changing the fin thickness from 2 to 3 mm at 5W. Moreover, the time needed to melt the PCMs is decreased by increasing the power rate from 5 to 8 W. Finally, the 3mm-thick finned-Heat sink with PT 58 exhibited the superior heat transfer performance, which enabled it to maintain a temperature of the base of heat sink, improve its cooling capacity, and reduce its maximum operating temperature

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	ALI, HAFIZ
Committee Members:	QURESHI, BILAL AHMED and ZAHIR, Md. HASAN
Depositing User:	RADHI LAWAG (g201374370)
Date Deposited:	08 Jan 2023 12:26
Last Modified:	08 Jan 2023 12:26
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142306