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CPU 히트싱크에서 핀의 배열이 냉각성능에 미치는 영향에 대한 수치해석
A Numerical Study on the Effect of Fin-array of Heat-sink on the Cooling Performance of CPU 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.15 no.3, 2016년, pp.12 - 17  

김성찬 (서울과학기술대학교 기계자동차공학과) ,  김건국 (서울과학기술대학교 기계자동차공학과) ,  전병진 (연세대학교 의과대학 심장융합영상연구센터) ,  최형권 (서울과학기술대학교 기계자동차공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, numerical simulations for the conjugate heat transfer of air with a heat-sink of CPU were conducted. The heat-sink consisted of many fins of cylinder shape and the effect of the number of fins on the cooling performance of the heat sink was investigated. Grid independent solutions wer...

주제어

#Heat Sink   #Heat transfer   #Pin heatsink array   #The cooling effect  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이와 같이 조사된 선행연구들에서는 히트싱크의 새로운 개발 또는 최적화를 위해 형상 또는 재료, 배열 등을 변경하는 연구들을 수행하였다. 본 연구에서는 선행연구 들과 달리 동일한 재료의 양(체적)에 대해서 핀의 수가 다른 4종류의 히트싱크에 대해서 강제 대류에 의한 냉각 특성을 분석하기 위해 시뮬레이션을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 팬에 의한 강제대류 조건하에서 히트싱크의 핀의 개수가 CPU 냉각에 미치는 영향을 알아보기 위해 정상상태의 수치해석을 수행하여 다음과 같은 결과 들을 얻었다. 핀들의 체적의 합인 총 제적은 일정한 조건하에서 해석을 수행하였다.

가설 설정

  • 입구속도는 – z 방향으로 10cm/s, 300K 이고 출구는 대기압 조건이다. 밑면은 단열로 가정하였다. 해석에 사용된 CPU는 Khalil 등[1] 의 논문에서 사용한 CPU Intel Atom™ Processor N450모델이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CPU의 특징은 무엇인가? 기술이 발전함에 따라, CNC 시스템 등의 주요 부분을 구성하는 CPU (중앙 처리장치)의 다기능, 빠른 속도, 복잡 성이 요구되고 있다[1]. CPU의 높은 처리능력을 요할수록 부피당 열 발생률은 증가한다. 이 때, 적절한 방열 관리를 못하게 되면, 부품의 내구수명은 감소하고 제품의 기능은 저하될 것이다.
강제 대류가 포함된 복합 열전달을 고려한 히트싱크의열전달 특성을 파악하기 위해서 어떤 프로그램을 사용하였는가? 강제 대류가 포함된 복합 열전달을 고려한 히트싱크의열전달 특성을 파악하기 위해서 상용 수치해석 프로그램인 Ansys-Fluent 14.0을 이용하였다. 3차원 정상 비압축성 Navier-Stokes 방정식의 해법을 위해서 SIMPLE 알고리즘을 사용하였다.
CPU에 높은 열이 발생하는 위치에 히트싱크를 설치하는 것은 매우 중요한 이유는? 기술이 발전함에 따라, CNC 시스템 등의 주요 부분을 구성하는 CPU (중앙 처리장치)의 다기능, 빠른 속도, 복잡 성이 요구되고 있다[1]. CPU의 높은 처리능력을 요할수록 부피당 열 발생률은 증가한다. 이 때, 적절한 방열 관리를 못하게 되면, 부품의 내구수명은 감소하고 제품의 기능은 저하될 것이다. 따라서 높은 열이 발생하는 위치에 히트싱크를 설치하는 것은 매우 중요하다.
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참고문헌 (10)

  1. Ryu, S. J., "Development of look ahead interpolation algorithm for PC based CNC system", Journal of the Semiconductor & Display Technology, 14, pp. 30-37, (2015). 

  2. Annuar, K.A.M. and Ismail, F. S., "Optimal Pin Fin Arrangement of Heat Sink Design and Thermal Analysis for Central Processing Unit," Intelligent and Advanced Systems (ICIAS), 2014 5th International Conference on. IEEE, pp. 1-5, (2014). 

  3. Yang, Y.T. and Peng, H.S., "Numerical study of pin-fin heat sink with un-uniform fin height design," International Journal of Heat and Mass Transfer, 51, pp. 4788-4796, (2008). 

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  4. Yu, X., Feng, J., Feng, Q. and Wang, Q., "Development of a plate-pin fin heat sink and its performance comparisons with a plate fin heat sink," Applied thermal engineering, 25, pp. 173-182, (2005). 

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  5. Bar-Cohen, A. Iyengar, M., "Design and optimization of air-cooled heat sinks for sustainable development," IEEE transactions on components and packaging technologies, 25, pp. 584-591, (2002). 

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  6. Ozturk, E. and Tari, I., "Forced air cooling of CPUs with heat sinks: A numerical study," IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, 31, pp. 650-660, (2008). 

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  7. Ledezma, G., Morega, A. and Bejan, A., "Optimal spacing between pin fins with impinging flow," Journal of heat transfer, 118, pp. 570-577, (1996). 

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  8. Lee, K.C., Kim, J.H., Yun, J.H., Park, S.I., Choi, Y.H. and Kwon, O.K., "A study on the heat dissipation characteristics of layered Heat sink for CPU cooling," The Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, 2006, pp. 182-187. (2006). 

  9. Lorenzini, G. and Moretti, S., "Numerical analysis on heat removal from Y-shaped fins: Efficiency and volume occupied for a new approach to performance optimization," International Journal of Thermal Sciences, 46, pp. 573-579, (2007). 

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  10. Ledezma, G. and Bejan, A., "Heat sinks with sloped plate fins in natural and forced convection," Int. J. Heat Mass Transfer, 39, pp. 1773-1783, (1996). 

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