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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 전언찬
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 동아대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수23
이 논문의 연구 히스토리 (3)
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히트싱크의 형상 및 팁 클리어런스에 따른 열 성능 최적화에 관한 연구
A Study on the Thermal Performance Optimization of a Heat Sink Shape and Tip Clearance
기계공학과 지 성 환
지 도 교 수 전 언 찬
최근 전자 및 기계 산업의 발전으로 인하여 전자장비는 점차 고성능화, 소형화 되고 있다. 그 결과 전자장비의 단위 면적당 발열량은 증가하고 있으며 전자제품 내부를 적정 온도로 유지하기 위한 냉각 기술이 중요한 문제로 대두되고 있다. 일반적으로 부품의 작동 온도는 제품의 수명 및 신뢰성과 밀접한 관련이 있기 때문에 부품을 효과적으로 냉각하는 것은 중요한 문제로 인식되고 있다. 이러한 고 발열 전자 장치를 효과적으로 냉각하기 위한 대표적인 냉각장치로 단위 체적 당 열전달 면적을 증가시켜 냉각 성능을 높인 히트싱크가 널리 쓰이고 있다. 히트싱크의 냉각성능은 히트싱크의 형상을 어떻게 설계하느냐에 달려있기 때문에 가능한 최대의 냉각성능을 낼 수 있는 히트싱크의 형상을 결정하는 것이 중요하다. 히트싱크는 형상에 따라 크게 플레이트 휜 히트싱크와 핀 휜 히트싱크로 나누어진다. 플레이트 휜 히트싱크는 가공이 용이하고 설계하기 간단하여 전자 장치의 냉각장치로 널리 사용되고 있다. 핀 휜 히트싱크는 유동방향에 무관하게 사용할 수 있으며, 휜 들이 서로 떨어져 있기 때문에 경계층 형성을 막아 열 성능을 높인 장치로 플레이트 휜 히트싱크와 함께 전자 장치의 냉각 솔루션으로 많이 쓰이고 있다. 서로 다른 특징을 가진 두 히트싱크 중 어떤 것을 사용하는 것이 유리 한가 또는 어떤 히트싱크의 열 성능이 우수한가에 대한 적절한 해답을 얻기 위해 여러 종류의 히트싱크의 열 성능을 비교한 연구가 예전부터 진행되어 왔다. 하지만 일반적으로 전자 기기 및 기계제품에 적용되는 히트 싱크는 공간 및 사용 환경의 제약이 심하여 단순 히트싱크의 형상만으로는 열 성능 향상에 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 히트 싱크의 형상 최적화를 및 팁 클리어런스의 조절로 효과적인 방열 효과를 얻음과 동시에 최적의 형상을 도출하고자 한다.
본 연구에서는 각각의 히트싱크의 형상 모델링을 이용하여 상용 유한요소 해석프로그램인 ANSYS CFX를 이용하여 대상 모델인 히트 싱크의 형상에 따른 열 성능을 해석한 후, 팁 클리어런스의 높이 변화에 따른 최적화 결과를 확인하고자 한다. 또한 열형 비 냉각 센서 타입의 열화상 적외선 카메라를 이용하여 해석 값과 실제 실험값을 비교하여 히트 싱크의 열 성능 향상을 위한 유량, 형상, 팁 클리어런스를 알아보고자 한다.
주요어 : 히트 싱크(Heat sink), FEM(Finite elements method), 팁 클리어런스(Tip clearance), 최적화(Optimization), 열 성능(Heat performance), 열 저항(Heat resistance), 열화상 카메라(Infrared camera), 송풍기(Blower),전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)
A Study on the Thermal Performance Optimization of a Heat Sink Shape and Tip Clearance
기계공학과 지 성 환
지 도 교 수 전 언 찬
최근 전자 및 기계 산업의 발전으로 인하여 전자장비는 점차 고성능화, 소형화 되고 있다. 그 결과 전자장비의 단위 면적당 발열량은 증가하고 있으며 전자제품 내부를 적정 온도로 유지하기 위한 냉각 기술이 중요한 문제로 대두되고 있다. 일반적으로 부품의 작동 온도는 제품의 수명 및 신뢰성과 밀접한 관련이 있기 때문에 부품을 효과적으로 냉각하는 것은 중요한 문제로 인식되고 있다. 이러한 고 발열 전자 장치를 효과적으로 냉각하기 위한 대표적인 냉각장치로 단위 체적 당 열전달 면적을 증가시켜 냉각 성능을 높인 히트싱크가 널리 쓰이고 있다. 히트싱크의 냉각성능은 히트싱크의 형상을 어떻게 설계하느냐에 달려있기 때문에 가능한 최대의 냉각성능을 낼 수 있는 히트싱크의 형상을 결정하는 것이 중요하다. 히트싱크는 형상에 따라 크게 플레이트 휜 히트싱크와 핀 휜 히트싱크로 나누어진다. 플레이트 휜 히트싱크는 가공이 용이하고 설계하기 간단하여 전자 장치의 냉각장치로 널리 사용되고 있다. 핀 휜 히트싱크는 유동방향에 무관하게 사용할 수 있으며, 휜 들이 서로 떨어져 있기 때문에 경계층 형성을 막아 열 성능을 높인 장치로 플레이트 휜 히트싱크와 함께 전자 장치의 냉각 솔루션으로 많이 쓰이고 있다. 서로 다른 특징을 가진 두 히트싱크 중 어떤 것을 사용하는 것이 유리 한가 또는 어떤 히트싱크의 열 성능이 우수한가에 대한 적절한 해답을 얻기 위해 여러 종류의 히트싱크의 열 성능을 비교한 연구가 예전부터 진행되어 왔다. 하지만 일반적으로 전자 기기 및 기계제품에 적용되는 히트 싱크는 공간 및 사용 환경의 제약이 심하여 단순 히트싱크의 형상만으로는 열 성능 향상에 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 히트 싱크의 형상 최적화를 및 팁 클리어런스의 조절로 효과적인 방열 효과를 얻음과 동시에 최적의 형상을 도출하고자 한다.
본 연구에서는 각각의 히트싱크의 형상 모델링을 이용하여 상용 유한요소 해석프로그램인 ANSYS CFX를 이용하여 대상 모델인 히트 싱크의 형상에 따른 열 성능을 해석한 후, 팁 클리어런스의 높이 변화에 따른 최적화 결과를 확인하고자 한다. 또한 열형 비 냉각 센서 타입의 열화상 적외선 카메라를 이용하여 해석 값과 실제 실험값을 비교하여 히트 싱크의 열 성능 향상을 위한 유량, 형상, 팁 클리어런스를 알아보고자 한다.
주요어 : 히트 싱크(Heat sink), FEM(Finite elements method), 팁 클리어런스(Tip clearance), 최적화(Optimization), 열 성능(Heat performance), 열 저항(Heat resistance), 열화상 카메라(Infrared camera), 송풍기(Blower),전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)
목차
Ⅰ. 서 론 11. 연구 배경 및 목적 1Ⅱ. 이론적 배경 31. 열전달에 대한 이론적 고찰 32. 정상상태 열전도 103. 확장표면 13Ⅲ. 실험방법 151. 모델링 152. 경계조건 설정 183. 실험장치 및 실험방법 20Ⅳ. 실험결과 및 도출 251. 자연대류의 열 성능 결과 비교 252. 강제대류의 열 성능 결과 비교 303. 최적 형상 및 조건 확인 41Ⅴ. 결론 47참 고 문 헌 49ABSTRACT 51
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