Estudo numérico do escoamento monofásico do HFE-7100 em microdissipador de calor segmentado - Silva, Isabelle Guimarães da [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
A aplicação de dissipadores de calor compactos combinados com fluidos de trabalho refrigerantes de alto desempenho, bem como com a variação das características construtivas, proporciona o gerenciamento térmico de dispositivos elétricos e eletrônicos para que esses operem em sua temperatura ótima, evitando deste modo danos e consequente perdas de dados armazenados. A análise deste tópico sob a ótica da Engenharia Aeronáutica e Aeroespacial evidencia a necessidade de otimização de componentes embarcados de alta performance, como por exemplo, processadores alocados no cockpit de diferentes aeronaves, ou ainda, processadores embarcados em foguetes. Para além da necessidade do controle da temperatura de operação destes componentes, ressalta-se também a otimização espacial deles, uma vez que a miniaturização destes componentes está crescendo exponencialmente, tanto quanto sua potência de operação. Diante desta malha de aplicação, o presente trabalho se propôs ao estudo numérico acerca do escoamento monofásico em um microdissipador de calor aletado para resfriamento de componentes eletrônicos embarcados, o qual foi avaliado em termos de parâmetros termofísicos e fluidodinâmicos. Para tal análise houve a variação de parâmetros influenciadores do desempenho deste dissipador compacto, como o arranjo das aletas e a velocidade mássica do escoamento. Duas geometrias distintas de microdissipador (com aletas alinhadas ou escalonadas) foram analisadas, e o fluido de trabalho considerado foi o HFE-7100. O estudo numérico foi conduzido utilizando o software ANSYS Fluent R1, e os resultados obtidos, em termos de coeficiente de transferência de calor e queda de pressão, foram comparados a dados experimentais, apresentando concordância satisfatória com os mesmos. Ademais, ressalta-se que a combinação entre o arranjo escalonado e o uso do HFE-7100 gera um melhor desempenho termo-hidráulico do sistema quando comparado com o arranjo alinhado.

The application of compact heat sinks combined with high-performance refrigerant working fluids and varying construction characteristics provides thermal management of electrical and electronic devices so that they operate at their optimum temperature, thus avoiding damage and consequent loss of stored data. The analysis of this topic from the perspective of Aeronautical and Aerospace Engineering highlights the need to optimize high-performance embedded components, such as processors located in the cockpit of different aircraft or even processors embedded in rockets. In addition to the need to control the operating temperature of these components, their spatial optimization is also highlighted since the size of these components is increasingly smaller, being inversely proportional to their operating power. Given this application network, the present work proposed a numerical study of single-phase flow in a micro-pin fin heatsink for cooling embedded electronic components, evaluated in terms of thermophysical and fluid dynamic parameters. For this analysis, parameters influencing the performance of this compact heatsink were varied, such as the fins' arrangement and the flow's mass velocity. Two different micro-pin fin geometries (with aligned or staggered fins) were analyzed, and the working fluid considered was HFE-7100. The numerical study was conducted using the ANSYS Fluent R1 software, and the results obtained, in terms of heat transfer coefficient and pressure drop, were compared to experimental data, showing satisfactory agreement with them. Furthermore, it is noteworthy that the combination of the staggered arrangement and the use of HFE-7100 generate better thermo-hydraulic performance of the system when compared to the aligned arrangement.
Numerical study of single-phase flow of HFE-7100 in segmented micro heat sink
Keywords: Engenharia aeroespacial; Fluidodinâmica computacional; Meios de transferência de calor; Método dos volumes finitos; Microprocessadores Intel