[논문]다양한 냉각방법에 따른 수평채널 내 전자부품의 열전달 특성

손영석; 신지영

doi:10.5916/jkosme.2008.32.6.854

다양한 냉각방법에 따른 수평채널 내 전자부품의 열전달 특성
Heat Transfer Characteristics of Electronic Components in a Horizontal Channel According to Various Cooling Methods 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.32 no.6, 2008년, pp.854 - 861

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Heat transfer characteristics of protruding electronic components in a horizontal channel are studied numerically. The system consists of two horizontal channels formed by two covers and one printed circuit board which has three uniform protruding heat source blocks. A two-dimensional numerical model has been developed to predict the conjugate heat transfer. and the finite volume method is used to solve the problem. Five different cooling methods are considered to examine the heat transfer characteristics of electronic components according to the different cooling methods. The velocity and temperature of cooling medium and the temperature of the heat source blocks are obtained. The results of the five different cooling methods are compared to find out the most efficient cooling method in a given geometry and heat sources.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

간편성 및 경제성 등은 우수하지만 열제거 능력이 타 냉각방법에 비하여 많이 떨어 지 기 때문에 비교적 작은 발열량의 전 자장 비에서만 사용된다자연대류 냉각에 대한 기존의 연구를 살펴보면 Bai-Cohen and Rohsenow(4)는 등온조건과 일정 열유속 조건 하에서 완전발달된 유동의 Nusselt 수에 관해 연구하였다. Afrid and Zebib⑸은 단열 수직벽에 발열체가 부착되어 있을 때의 자연대류 열전달을 연구하였는데. 발열체의 크기가 클수록 냉각효고} 가향상된다고 주장하였다.
않았다. 따라서 본 연구에서는 돌출된 발열체가 있는 인쇄회로기판의 상부 및 하부채널에 대류와 전도 열전달을 이용하는 경우, 5가지의 냉각방법을 적용하여 각각의 방법이 전자부품의 열전달 특성에 미치는 영향을 수치해석적으로 비교분석하여 효과적인 냉각 방법을 알아보고자 한다
특히. 상부채널에 강제대류를 이용하면서 열전달 증진을 위해 배플을 2개 및 1개 설치한 경우를 고려함으로써 기존의 강제대류 방식을 개선할 수 있는 가능성을 검토하고자 한다

제안 방법

격 자수와 시 간증분의 변화에 따른 해 석결과를 비교하여 계산결과의 격자수 및 시간증분에 대한 의존성을 분석하고, 이를 토대로 적절한 격자수로 350x115, 시간증분으로 0.05초를 이용하였다.
하부의 경계조건으로는 상부 및 하부 커버의 바깥 면에 단열조건(#)을 주었다. 계산영역 내 고체와 유체의 경계면에서는 점착조건(no slip condition)을 적용하여 속도를 0으로 두었고, 재질이 다른 고체와 고체. 고체와 유체 경계면에서는#으로 하여 열유속이 일치하도록 하였다.
발열체, 커버의 전도열전달 특성을 해석하였다.
본 연구에서는 수평채널 내 일정한 열발생을 갖는 돌출된 발열체가 있는 전형적인 전자부품 형상에서, 전자부품의 냉각을 위해 5가지의 다양한 냉각 방법을 적용하고 각 방법에 따른 냉각성능을 비교 검토하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
하부채널에 강제대류를 이용하는 Case2 의 경우가 최대의 냉각성능을 보여주며 하부채널에 자연대류만을 이용하는 Casel의 냉각성능이 가장 낮음을 알 수 있다. 상부채널에 강제대류를 이용하고 하부채널에 자연대류만을 이용하는 Casel을기준으로 냉각성능을 향상시킬 수 있는 방안으로 Case3-Case5를 검토하였다. 하부에 전도 블록을 설치한 경우인 Case3의 경우 전체적으로 발열 블록의 온도가 저하하므로 하부채널에 높은 열전도율을 갖는 전도블록을 설치할 수 있으면 전체적인 냉각성능이 상당히 향상될 수 있음을 알 수 있다.
이상의 지배방정식과 경계조건, 그리고 수치해석 방법을 이용하여 상부 및 하부채널에서 냉각 유체의 유동 및 대류열전달 특성과 고체상태인 인쇄회로기판. 발열체, 커버의 전도열전달 특성을 해석하였다.
자점에서의 잔류랑(residual)을 조사하였으며, 모든 방정 식 에 대한 잔류량이 IO*이 하에 도달하면 수렴된 것으로 간주하였다.

이론/모형

이상의 지배방정식 및 경계조건을 적용하여 해를 구하기 위한 수치해석 방법은 유한체적법(finite volume method)"을 사용하였으며, 연속방정식은 SIMPLEC(SIMPLE Conected)"방법에 따라 압력 및 압력수정방정식을 생성하는데 사용되었다. 격자계는 비 엇갈림(nonstaggered) 격자를 사용하며, 이러한 격자계에서 발생할 수 있는 압력 진동 현상을 방지하기 위하여 모멘텀보간법 (momentum interpolation)을 사용하였다.
압축성. 가변 물성치의 Navier-Stokes 방정식과 에너지방정식, 2차원열전도방정식mo을 지배방정식으로 사용하였다.
격자계는 비 엇갈림(nonstaggered) 격자를 사용하며, 이러한 격자계에서 발생할 수 있는 압력 진동 현상을 방지하기 위하여 모멘텀보간법 (momentum interpolation)을 사용하였다. 차분방정식은 TDMA 알고리듬과 함께 ADI 방법을 사용하여 반복계산으로 해를 구한다.
질량. 운동량 그리고 에너지보존법칙을 적용하였다. 즉, 2차원.
격자계는 비 엇갈림(nonstaggered) 격자를 사용하며, 이러한 격자계에서 발생할 수 있는 압력 진동 현상을 방지하기 위하여 모멘텀보간법 (momentum interpolation)을 사용하였다. 차분방정식은 TDMA 알고리듬과 함께 ADI 방법을 사용하여 반복계산으로 해를 구한다. 반복계산 시종속변수들의 수렴정도를 점검하기 위하여 모든 격

성능/효과

(2) 상부채널에서 공기에 의한 강제대류를 이용하는 경우, 발열체 중간에 배플을 설치하여 냉각 유체의 흐름을 열원 쪽으로 유도하면 전체적으로 상당한 냉각효과의 상승을 볼 수 있었다
5에 나타내었다. 배플이 발열체 사이의 유동에 영향을 미치며, 발열 블록 상부면에서의 열경계층 두께는 블록 표면을 따라 증가하다가 배플에 의해 유동방향이 블록 측면방향으로 바뀜에 따라 열경계층의 두께가 감소함을 알 수 있다. 배플 수에 따른 냉각효과를 보기 위해 Case5에서는 두 번째와 세 번째 발열체 사-이에 1개의 배플만 설치하였으며, 이에 대한 결과는 Fig.
경향은 비슷하게 나타났다. 상부채널의 강제대류에 의한 영향으로 첫 번째 블록에서 열전달이 가장 잘 일어나 온도가 가장 낮고 두 번째 및 세 번째 블록이 이보다 조금씩 높아짐을 알 수 있다. 하부채널에도 강제대류를 이용하는 Case 2는 하부채널에 자연대류를 이용하는Casein 경우보다 블록의 온도가 저하함을 볼 수 있으며, 이는 하부채널에서 냉각유체에 의한 강제대류로 열전달량이 증대되기 때문이다.
않은 경우. 자연대류보다는 강제대류를 이용하는 것이 냉각성능이 더 우수하다는 것을 확인하였고, 발열체 하단 면에 높은 열전도율을 갖는 전도 블록을 설치할 경우 전체적인 냉각성능을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다 그러므로 하부채널에 강제대류를 이용할 수 없는 형태의 기하학적 구조를 가진 전자장비의 경우 전도블록을 설치하면 상당한 냉각성능의 향상을 볼 수 있다
배플만 설치하였다. 첫 번째와 두 번째 발열 블록 사이의 배플을 제거함으로써 첫 번째 발열 블록의 온도는 Case4보다 다소 상승하였으나, 두 번째와 세 번째 발열블록의 온도는 Case4보다 저하함을 알 수 있다. 특히 상류 측 배플 1개를 제거함으로써 Case4의 문제점인 세 번째 발열블록의 온도가 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있다
하류 측에 1개의 배플만 설치한 경우. 하류 측 발열체의 냉각성능이 더 우수하였고 전반적인 냉각성능도 더 우수하게 나타났다. 그러므로 냉각성능향상을 위해 배플을 설치할 때 배플 수 및 위치의 선정이 매우 중요한 설계변수임을 알 수 있었다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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