Thermo-hydraulic Characteristics Study of The Flat Plat-Finned Heat Sink

Al-Rahman, Mohammed A.; Ibrahim, Saeed A.A.; Ahmed, Sayed; Elrefaie, M. Elfaisal

doi:10.21608/auej.2023.215891.1379

Thermo-hydraulic Characteristics Study of The Flat Plat-Finned Heat Sink

Document Type : Original Article

Authors

¹ Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Al-Azhar Unversity, Cairo, Egypt.

² Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Zagazig Unversity, Zagazig, Egypt.

10.21608/auej.2023.215891.1379

Abstract

This research paper investigates the hydraulic and thermal characteristics of a plated-finned heat sink numerically and experimentally. Numerical simulations are conducted using Ansys Fluent software and the numerical results are compared with experimental results. This study evaluates the efficiency index of a plated-finned heat sink across a wide range of Reynolds numbers (7772- 77724) and various heat sink configurations. The obtained results showed that numerical simulations are valid with a maximum error ± 18 %. Increasing the Reynolds number and number of heat sink fins improves thermal performance while increasing the Reynolds number and number of heat sink fins decreases hydraulic performance. The results also demonstrated that the heat sink with a fin number = 8 exhibited the highest efficiency index among the configurations studied. Specifically, at a Reynolds number =7,772, the efficiency index of the heat sink with a fin number = 8 increased by 32% compared to the plate-finned heat sink with a fin number = 16. The results of the study can be used to guide the development of more efficient and cost-effective heat sinks designed for cooling electronic systems.

تبحث هذه الورقة البحثية خصائص الهيدروليكية والحرارية لبلوعة الحرارة ذات الزعانف المستوية عدديًا وتجريبيًا. تم إجراء المحاكاة العددية باستخدام برنامج Ansys Fluent وتم مقارنة النتائج العددية بالنتائج التجريبية. تقيم هذه الدراسة مؤشر كفاءة بلوعة الحرارة ذات الزعانف المستوية عبر مدى واسع من أرقام رينولدز (7772-77724) وأشكال مختلفة من بلوعات الحرارة. أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها أن المحاكاة العددية صالحة بحد خطأ أقصاه ± 18٪. تؤدي زيادة عدد زعانف بلوعة الحرارة وعدد رينولدز إلى تحسين الأداء الحراري بينما تؤدي زيادة عدد زعانف بلوعة الحرارة وعدد رينولدز إلى تقليل الأداء الهيدروليكي. أظهرت النتائج أيضًا أن بلوعة الحرارة التي لها عدد زعانف = 8 أظهر أعلى مؤشر كفاءة بين أشكال بلوعة الحرارة المدروسة. على وجه التحديد، عند رقم رينولدز = 7770، ارتفع مؤشر الكفاءة لـبلوعة الحرارة التي لها عدد زعانف = 8 بنسبة 32٪ مقارنة ببلوعة الحرارة التي لها عدد زعانف = 16. يمكن استخدام نتائج الدراسة لتوجيه عملية تطوير بلوعات حرارة أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة مصممة لأنظمة التبريد الإلكترونية.

Keywords