Análise das características de operação e desempenho de micro jatos sintéticos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Esteves, Fernanda Munhoz
Data de Publicação: 2012
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UNISINOS (RBDU Repositório Digital da Biblioteca da Unisinos)
Texto Completo: http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/3074
Resumo: Componentes eletrônicos estão cada vez mais potentes, necessitando de dissipações térmicas maiores. Os ventiladores atuais, conhecidos comercialmente como "coolers", estão se tornando ineficientes para esta evolução por dependerem de uma maior vazão para atender a demanda de calor dissipado, o que também causa aumento no seu ruído. Como uma alternativa para aprimorar a troca de calor, estudam-se (micro) jatos sintéticos. Estes são produzidos através de uma cavidade selada por uma membrana oscilatória e uma placa com um orifício. A movimentação periódica da membrana produz um jato com valor positivo de quantidade de movimento, que pode ser direcionado para o resfriamento de um dispositivo eletrônico.Para análise térmica, um modelo numérico do dispositivo de refrigeração foi construído em ANSYS CFX 12.0. Variações nos números de Reynolds e Strouhal dos jatos sintéticos e posição da região aquecida na superfície de interesse foram realizadas e seu efeito no desempenho térmico analisado. Os resultados foram comparados a um escoamento convencional de mesma geometria em regime permanente e submetido à mesma vazão mássica média induzida por cada jato sintético. Para a configuração testada, observou-se que os (micro) jatos sintéticos podem fornecer um fluxo de ar mais direcionado para os "hotspots" com maior necessidade de resfriamento. Os resultados encontrados indicam um aumento de número de Nusselt até 122% em jatos sintéticos comparados aos escoamentos contínuos. Logo, confirmam o maior desempenho térmico do jato sintético em relação ao método convencional equivalente e justificam a necessidade de investigações adicionais nesta área. Isto indica que os jatos sintéticos podem ser personalizados ou direcionados especificamente para atender a demanda de resfriamento do problema de interesse.
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A movimentação periódica da membrana produz um jato com valor positivo de quantidade de movimento, que pode ser direcionado para o resfriamento de um dispositivo eletrônico.Para análise térmica, um modelo numérico do dispositivo de refrigeração foi construído em ANSYS CFX 12.0. Variações nos números de Reynolds e Strouhal dos jatos sintéticos e posição da região aquecida na superfície de interesse foram realizadas e seu efeito no desempenho térmico analisado. Os resultados foram comparados a um escoamento convencional de mesma geometria em regime permanente e submetido à mesma vazão mássica média induzida por cada jato sintético. Para a configuração testada, observou-se que os (micro) jatos sintéticos podem fornecer um fluxo de ar mais direcionado para os "hotspots" com maior necessidade de resfriamento. Os resultados encontrados indicam um aumento de número de Nusselt até 122% em jatos sintéticos comparados aos escoamentos contínuos. Logo, confirmam o maior desempenho térmico do jato sintético em relação ao método convencional equivalente e justificam a necessidade de investigações adicionais nesta área. Isto indica que os jatos sintéticos podem ser personalizados ou direcionados especificamente para atender a demanda de resfriamento do problema de interesse.The rising power consumption of electronic components requires higher and higher thermal dissipation. Current fan systems, commercially known as "coolers", are becoming ineffective to cope with this demand since their performance is dependent on the volumetric flow rate of the driving fan, which becomes more wasteful and noisy. An alternative to improve the heat exchange of current systems is the application of (micro) synthetic jets. These are produced by the oscillations in a cavity bounded by a membrane and a plate with an orifice. Membrane actuation produces a net forward momentum jet through the orifice, which can be applied to cool an electronic device. For this analysis, a numerical model of the cooling device was built on ANSYS CFX 12.0. Variations in jet Reynolds and Strouhal numbers and positioning of the heated region of interest were made and their effect on thermal performance analyzed. Results were compared to a conventional flow with the same geometry but subjected to a single-fan providing steady flow with the same average mass flow rate induced by each synthetic jet. For the configurations tested, it was found that (micro) synthetic jets may provide more directed air flow for "hotspots" with the greatest need of cooling. The results indicate a thermal performance up to 122% higher compared to their equivalent conventional cooling case. This confirmation of the higher thermal performance of synthetic jets relative to a convencional method and justifies the need for the current and additional investigations in this area. Results also indicate that synthetic jets can be customized and specifically directed to meet the cooling demand of the problem in question.CNPQ – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoEsteves, Fernanda Munhozhttp://lattes.cnpq.br/3215999647452055http://lattes.cnpq.br/4220386745918986Lee, Conrad Yuan YuenUniversidade do Vale do Rio dos SinosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUnisinosBrasilEscola PolitécnicaAnálise das características de operação e desempenho de micro jatos sintéticosACCNPQ::Engenharias::Engenharia MecânicaJato sintéticoDissipadores de calorNúmero de NusseltNúmero de StrouhalNúmero de ReynoldsSynthetic jetsThermal dissipationNusselt numberStrouhal numberReynolds numberinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/3074info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UNISINOS (RBDU Repositório Digital da Biblioteca da Unisinos)instname:Universidade do Vale do Rio dos Sinos (UNISINOS)instacron:UNISINOSORIGINAL000002F2.pdf000002F2.pdfapplication/pdf1101205http://repositorio.jesuita.org.br/bitstream/UNISINOS/3074/1/000002F2.pdf35ea0ac880e5841836ff1b5e64d2f9ffMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82097http://repositorio.jesuita.org.br/bitstream/UNISINOS/3074/2/license.txt30aee977a52392c99464e4663dd115a2MD52UNISINOS/30742015-03-20 16:50:27.84oai:www.repositorio.jesuita.org.br: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ório de Publicaçõeshttp://www.repositorio.jesuita.org.br/oai/requestopendoar:2015-03-20T19:50:27Repositório Institucional da UNISINOS (RBDU Repositório Digital da Biblioteca da Unisinos) - Universidade do Vale do Rio dos Sinos (UNISINOS)false
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