초록 ▼

Ⅰ. 제목 음향공명을 이용한 방열기술 개발 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 첨단 전자, 통신기기의 성능향상을 위해서는 전자부품의 작동온도를 상온 근처의 저온으로 유지하여야 한다. 그러나 반도체기술의 발달과 함께 전자부품이 날로 고 집적화됨에 따라 막대한 열이 전자부품에서 발생하고 있어 효과적인 방열기술의 개발이 절실히 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 전자기기의 내부구조를 크게 변화시키거나 교체하지 않고 단상 냉각유체에 의한 대류열전달 계수를 향상시키는 새로운 방열기술을 연구 개발하고자 한다. 이 방열기술은 전자기기 내

Ⅰ. 제목 음향공명을 이용한 방열기술 개발 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 첨단 전자, 통신기기의 성능향상을 위해서는 전자부품의 작동온도를 상온 근처의 저온으로 유지하여야 한다. 그러나 반도체기술의 발달과 함께 전자부품이 날로 고 집적화됨에 따라 막대한 열이 전자부품에서 발생하고 있어 효과적인 방열기술의 개발이 절실히 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 전자기기의 내부구조를 크게 변화시키거나 교체하지 않고 단상 냉각유체에 의한 대류열전달 계수를 향상시키는 새로운 방열기술을 연구 개발하고자 한다. 이 방열기술은 전자기기 내부를 흐르는 냉각유체 유동의 자연적인 불안정성을 이용하여 유체 혼합효과를 증가시키는 것으로서, 냉각유체의 유속을 증가시키거나 냉각유체를 교환하는 기존의 방열방법을 따르지 않는다. 먼저 층류흐름을 보이는 냉각유체의 유동에 내재되어 있는 유동불안정성에 의한 와류주파수를 판독하고 이와 일치된 특정 주파수성분을 갖는 음향교란을 가하여 음향공명현상(acoustic flow resonance)을 유발시키게 된다. 음향공명에 의해 냉각유체 상호간의 혼합효과는 강화되고 이에 따라 방열성능이 획기적으로 개선되는 새로운 방열기술이다.Ⅲ. 연구결과 음향공명에 의한 방열기술의 개발을 위하여 먼저 사각형 밀폐공간 내에서의 대류열전달에 미치는 음향가진의 영향에 대한 실험적 연구가 수행되었다. 본 실험에 의해 특정 주파수의 음향가진과 특정 입력전압 진폭에서 열전달이 최대값을 보이는 공진현상이 있음을 밝혔으며, 공진 상태에서 밀폐공간내의 공기온도는 매우 좁은 온도범위내로 모여 균일화되는 온도성층화 파괴현상을 보였다. 단순 사각형 밀폐공간 실험에서 밝혀진 대류열전달의 공명현상을 실제 개인형 컴퓨터의 CPU 냉각장치에 응용한 실험을 수행하였다. 실험은 상용의 150MHz급의 Pentium PC에서 수행되었으며, PC의 측벽에 음압진동을 위한 스피커를 설치하였다. 특정 주파수의 사인함수파 신호가 신호발생기에서 발진되어 신호증폭기에서 증폭된 후 스피커로 전달됨으로써 음향가진이 생성되었다. 실험결과 약 40Hz의 주파수에서 CPU표면의 온도가 최저 37℃이하로 감소하였다. 저 주파수 영역(20-3OHz)및 고 주파수 영역(100Hz이상)에서는 음향가진의 영향은 상대적으로 작게 나타났다. 본 연구에서 확인된 음향공명 방열기술은 기존의 팬에 의한 냉각방법을 대체할 수 있는 새로운 대류열전달 촉진방안으로 기대된다. 단순모델 실험에서 발견된 내부온도장의 균일화 현상을 가정용 오븐에 적용하여 음향공명에 의한 오븐 내부의 온도균일화 효과를 측정하였다. 오븐 내부의 온도장을 측정하고 실제 스폰지케익의 조리결과를 비교하여 음향컨벡션의 성능을 검토 하였다. 실험결과 음향컨벡션은 기존의 팬 컨백터와 비슷한 조리성능을 보여 향후의 성능최적화를 통해 실제 상업적 이용이 가능할 것으로 판단된다.

Abstract ▼

Ⅰ. Title R & D on Advanced Heat-Dissipation Technology by Using Acoustic ResonanceⅡ. Objective and Significance One of the serious requirements in the design and operation of modern high-powered electronic technologies has been an efficient thermal control of the system. For instance, the power de

Ⅰ. Title R & D on Advanced Heat-Dissipation Technology by Using Acoustic ResonanceⅡ. Objective and Significance One of the serious requirements in the design and operation of modern high-powered electronic technologies has been an efficient thermal control of the system. For instance, the power densities in the state-of-the-art electronic computers are extremely high. Consequently, unless an effective removal of the excessive heat generated within the devices is in place, the performance of such sensitive electronic devices deteriorates rapidly. Therefore, the present project aims at developing new cooling technology by acoustic excitation. The new cooling method does not change hardwares of electronic devices and just increases the convective heat transfer rate without increasing the flow rate of coolant. The acoustic excitation with a specific frequency and a specific amplitude in tune with natural shedding frequency of a thermal system significantly enhances flow mixing inside an electronic device. Consequently, it results in substantially enhanced heat dissipation from electronic components.Ⅲ. Results An experimental study has been performed to investigate the characteristics of convective heat transfer enhancement by acoustic excitation in a rectangular enclosure. The present experiments clearly demonstrate resonant enhancement in the overall heat transfer rate at a specific frequency. It is noteworthy that the major impetus of the present study is to activate high frequency mode by the boundary layer wave. The experimental results obtained disclose that the substantial enhancement in heat transfer can be achieved at a high frequency excitation. At the resonant state, the air temperatures inside the enclosure merge to an averaged air temperature with a narrow band. This is attributed to the enhanced fluid mixing by flow resonance, which destroys the thermal stratification in the enclosure. Innovative acoustic cooling device for CPU cooling has been developed by employing the concept of resonant heat transfer enhancement. The thermal performance of an acoustic cooling device for the CPU of Pentium 150MHz in a desktop personal computer is experimentally investigated. The new cooling method induces an acoustic forcing of resonant frequency to the computer that has a specific natural frequency. The external forcing is produced by an woofer speaker with a sinusoidal function generator and a signal amplifier. The experimental results show that when the forcing frequency is in tune with a specific frequency, the surface temperature of the CPU is dramatically reduced without a conventional cooling fan. In addition, an acoustic convector for an oven has been developed by using homogenization of air temperatures observed in the experiments for the acoustic excitation in the enclosure. Performance of the acoustic convector is investigated by measuring internal temperature field and by baking sponge cakes. Also, it is compared with performance of the conventional fan convector. The present acoustic convector shows a similar performance to the conventional fan convector. It is believed that the performance of the acoustic convector may be improved by future systematic experiments.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개요...15
• 제 2 장 사각형 밀폐공간 내에서의 음향공명에 의한 대류열전달 촉진...17
• 제1절 서론...17
• 제2절 실험장치 및 방법...20
• 제3절 결과 및 토의...22
• 제4절 결론...30
• 제 3 장 음향공명을 이용한 개인형 컴퓨터 CPU 냉각장치의 열전달 특성...31
• 제1절 서론...31
• 제2절 개인용 컴퓨터 CPU 냉각장치의 구성도...33
• 제3절 결과 및 토의...36
• 제4절 결론...42
• 제 4 장 음향 공명을 이용한 가스오븐 온도균일화 장치의 성능실험...43
• 제1절 서론...43
• 제2절 실험장치 및 방법...45
• 제3절 실험결과 및 토의...46
• 1. 온도 분포 균일화...46
• 2. 스폰지케？？ 조리실험 결과...52
• 제4절 결론...54
• 제 5 장 결언 및 향후 연구계획...55
• 참고문헌...57