Thermal analysis of heat sinks: an analytical approach using integral transforms
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Data de Publicação: | 2020 |
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Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ |
Texto Completo: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17273 |
Resumo: | O presente trabalho desenvolve uma abordagem analítica usando a Técnica de Transformação Integral Clássica (CITT) para resolver problemas de transferência de calor em dissipadores de calor. A formulação matemática é composta por uma base tridimensional e aletas bidimensionais. O fluxo de calor que se aproxima de um chip aquecido preso na parte inferior da base precisa ser resfriado para garantir seu bom desempenho e longa vida útil. As aletas acopladas na parte superior da base do dissipador de calor são responsáveis por aumentar a taxa de transferência de calor e, consequentemente, resfriar o sistema de forma mais eficiente. A metodologia utilizada é a Técnica da Transformada Integral Clássica, aplicada para resolver a formulação das aletas e da base, assim como um acoplamento de base-aleta é realizado nos limites de seus domínios para obter o seu campo de temperatura. Simulações computacionais utilizando o software OpenFOAM também são realizadas para a verificação da metodologia analítica e análise da eficácia das diferentes geometrias de aleta. A metodologia desenvolvida inova no estudo da transferência de calor em dissipadores de calor, apresentando a importância da modelagem 2D de aletas para casos simétricos e não simétricos. |
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A formulação matemática é composta por uma base tridimensional e aletas bidimensionais. O fluxo de calor que se aproxima de um chip aquecido preso na parte inferior da base precisa ser resfriado para garantir seu bom desempenho e longa vida útil. As aletas acopladas na parte superior da base do dissipador de calor são responsáveis por aumentar a taxa de transferência de calor e, consequentemente, resfriar o sistema de forma mais eficiente. A metodologia utilizada é a Técnica da Transformada Integral Clássica, aplicada para resolver a formulação das aletas e da base, assim como um acoplamento de base-aleta é realizado nos limites de seus domínios para obter o seu campo de temperatura. Simulações computacionais utilizando o software OpenFOAM também são realizadas para a verificação da metodologia analítica e análise da eficácia das diferentes geometrias de aleta. A metodologia desenvolvida inova no estudo da transferência de calor em dissipadores de calor, apresentando a importância da modelagem 2D de aletas para casos simétricos e não simétricos.The present work develops an analytical approach using the Classical Integral Transform Technique (CITT) for solving heat transfer problems in heat sinks. The mathematical formulation is composed of a three-dimensional base and two-dimensional fins. The oncoming heat flux from a heated chip attached at the bottom of the base needs to be cooled to ensure its good performance and long service life. Fins coupled at the heat sink base’s top are responsible for increase the heat transfer, and the air flows between fins contributing to the temperature’s reduction of the system. The analytical methodology used is the Classical Integral Transform Technique, it is applied to solve the base and fins formulations. The fin-base coupling condition is then used to obtain the temperature field. OpenFOAM simulations are also performed for comparison purposes and to evaluate different shaped fins effectiveness. The developed analytical methodology innovates the study of heat transfer in heat sinks presenting the importance of 2D fin modeling for symmetrical and non-symmetrical cases.Submitted by Julia CTC/B (julia.vieira@uerj.br) on 2022-03-14T18:30:59Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Lívia Mantuano Correa - 2020 - Completo.pdf: 16232458 bytes, checksum: 99323022c2c9ba84ae1db4d44827fdc8 (MD5)Made available in DSpace on 2022-03-14T18:30:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Lívia Mantuano Correa - 2020 - Completo.pdf: 16232458 bytes, checksum: 99323022c2c9ba84ae1db4d44827fdc8 (MD5) Previous issue date: 2020-08-19Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro - FAPERJapplication/pdfengUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUERJBrasilCentro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de EngenhariaMechanical engineeringHeat - TransmissionThermal analysisIntegral transformsComputational fluid dynamicsEngenharia mecânicaCalor - TransmissãoAnálise térmicaTransformadas integraisFluidodinâmica computacionalENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTEThermal analysis of heat sinks: an analytical approach using integral transformsAnálise térmica de dissipadores de calor: uma abordagem analítica usando a técnica da transformada integralinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALDissertação - Lívia Mantuano Correa - 2020 - Completo.pdfDissertação - Lívia Mantuano Correa - 2020 - Completo.pdfapplication/pdf16232458http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17273/2/Disserta%C3%A7%C3%A3o+-+L%C3%ADvia+Mantuano+Correa+-+2020+-+Completo.pdf99323022c2c9ba84ae1db4d44827fdc8MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82123http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17273/1/license.txte5502652da718045d7fcd832b79fca29MD511/172732024-02-27 15:31:05.915oai:www.bdtd.uerj.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T18:31:05Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false |
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