[논문]강제 공냉 평판형 핀 방열판에 대한 실험적 고찰

김태엽

doi:10.6113/tkpe.2019.24.6.428

강제 공냉 평판형 핀 방열판에 대한 실험적 고찰
Experimental Investigation of Forced Air Cooled Plate Fin Heat Sinks 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.24 no.6, 2019년, pp.428 - 437

김태엽 (Dept. of Electrical Eng., Changwon Nat'l Univ.)

Abstract ▼ AI-Helper

Analytical thermal models based on average convection heat transfer are frequently used for the design and selection of forced air-cooled plate fin heat sinks. In this paper, a convection heat transfer model within a ±10% margin of error was presented through experimental investigation. Five types of heat sinks with inlet widths of 1.7-6.8 mm were tested at 50-160 W heat sources to derive and verify the model. Causes of error between the experiment and analytical thermal model were analyzed and listed to design the heat sink. Using proposed method and the lists to be considered in the paper, a quick and accurate heat sink design of the power-conversion system is expected.

주제어

표/그림 (26)

그림 Fig. 1. Geometric of heat sink and air flow region.
그림 Fig. 2. Schematic diagram and experimental apparatus.
그림 Fig. 4. Comparison of numerical and experimental result No. 2.
그림 Fig. 5. Error between numerical and experimental result No. 2.
그림 Fig. 3. Comparison of numerical and experimental result No. 1.
표 TABLE I PARAMETER OF TESTED HEAT SINKS
그림 Fig. 6. Comparison of numerical and experimental result No. 3.
그림 Fig. 7. Error between numerical and experimental result No. 3.
그림 Fig. 8. Comparison of numerical and experimental result No. 4 & 5.
그림 Fig. 9. Error between numerical and experimental result No. 4 & 5.
그림 Fig. 10. Characteristic comparison of No. 4 & 5.
그림 Fig. 11. Experimental results of heat transfer coefficient.
그림 Fig. 12. Results of interpolating equation 16.
표 TABLE II COEFFICIENT k₂ OF EQUATION 16
표 Fig. 13. Coefficient k₂ of equation 16. (k₂ vs L/b)
그림 Fig. 14. Coefficient k₂ of equation 17. (k₂ vs L/b)
그림 Fig. 15. Coefficient k₁ of equation 17. (k₁ vs b)
그림 Fig. 16. Comparison of average heat transfer coefficient.
그림 Fig. 17. Error comparison between model[1] and new model.
그림 Fig. 18. Comparison of heat source position at No. 3.
그림 Fig. 19. Effect of natural convection at No. 3.
표 TABLE III FAN SIZE AND AIR FLOW (UNIT: CFM)^[5]
그림 Fig. 20. FEA result at No. 4.
그림 Fig. 21. FEA result about No. 2 and heat source.
그림 Fig. 22. Images of thermal.
표 TABLE Ⅳ NOMENCLATURE

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	열전달은 무엇인가?	열전달은 전도(Conduction), 대류(Convection), 복사 (Radiation)로 이루어지며, 대상의 온도가 약 100℃인 경 우 복사에 의한 방열 비중이 낮아 무시할 수 있다. 방열판에서 냉각은 전도와 대류가 복합적으로 발생하게 된다.
	유동해석의 정확도가 높은 이유는 무엇인가?	소프트웨어를 이용한 방법은 구조해석(FEA, Finite Element Analysis)과 유동해석(CFD, Computational Fluid Dynamics)이 있다. 유동해석은 유체의 흐름 및 열전도 해석과 구조해석이 동시에 수행되므로 높은 정확도를 가진다. 하지만 연산시간이 길고, 유체 및 열해석에 대한 전문지식과 유체부분의 상세한 기구부 모델링이 요구된다.
	펜을 이용한 강제냉 각방식의 단점은 무엇인가?	펜을 이용한 강제냉 각방식은 동일한 사양의 방열판에서 자연공냉에 비해 약 40～20%의 낮은 열저항(Rth)을 구현할 수 있어 전력 변환장치의 용적을 감소시킬 수 있다. 단점으로 펜의 수명, 전력소모, 소음에 유의하여야 한다.

참고문헌 (6)

P. Teertstra, M. M. Yovanovich, and J. R. Culham, "Analytical forced convection modeling of plate fin heat sinks," Fifteen Annual IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management, Mar. 1999.
Z. Duan and Y. S. Muzychka, "Experimental investigation of heat transfer in impingement air cooled plate fin heat sinks," in 38th AIAA Thermophysics Conference, Jun. 2005.
J. R. Culham and Y. S. Muzychka, "Optimization of plate fin heat sinks using entropy generation minimization," IEEE Trans. Components and Packaging Technologies, Vol. 24, No. 2, Jun. 2001.
U. S. Department of Energy and Air Movement and Control Association International, Inc., Improving Fan System Performance, CML Northern Vlower Inc., 1989
Sunon, "DC brushless fan & blower," 2019. [Online]. Available: http://www.sunon.com/index2/.
Simscale, "FEA and CFD software," [Online]. Available: http://www.simscale.com/.

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