Publication: Sızdırmaz elektronik cihazlarda soğutma analizi ve ısı transferini artıracak yenilikçi tasarım çalışması
Abstract
Sızdırmaz elektronik cihazlarda soğutma analizi ve ısı transferini artıracak yenilikçi tasarım çalışması Teknolojinin hızlı ilerlemesi, elektronik ekipmanların günümüz yaşamının hemen her alanına entegre edilmesine yol açmış ve geleneksel mekanik sistemlerin yerini gelişmiş elektromekanik sistemler almıştır. Elektronik sistemlerin uygulanması, yalnızca işletim kontrollerini artırmakla kalmamış, aynı zamanda çeşitli cihazlar ve modüller aracılığıyla önemli miktarda verinin ölçülebilir ve izlenebilir hale gelmesini sağlamıştır. Elektronik cihazlarla ilişkili en önemli sorunlardan biri ısıl yönetimdir. Özellikle yüksek performanslı işlemciler ve elektronik kartlar, önemli ölçüde enerji tüketme eğilimindedir ve bu da kritik sıcaklıklara ulaşmalarına neden olabilir. Yükselen sıcaklıklar, cihazların işlevselliğini tehlikeye atabilir veya tam bir arızaya yol açabilir. Bu ısıl sorunları gidermek için fanlar, termoelektrik soğutucular ve sıvı soğutma sistemleri gibi çeşitli ısı dağıtım yöntemleri kullanılmakta ve ısı iletim oranlarını optimize etmek için yüksek termal iletkenliğe sahip malzemelerden yararlanılmaktadır. Ancak, elektronik devrelerde nem birikimini önlemek büyük bir endişe kaynağıdır; zira nem ve su sızıntısı, cihazların bütünlüğü üzerinde zararlı etkilere yol açabilir. Bugün birçok alanda sızdırmaz sistemler tercih edilmektedir; özellikle askeri uygulamalar, zorlayıcı çevre koşullarına dayanabilen sızdırmaz cihazların gerekliliğini örneklemektedir. Sızdırmazlık, su ve tozun kapalı bir alana girmesini önlemek olarak tanımlanmaktadır. Sızdırmazlığın gerekmediği elektronik sistemlerde, çeşitli soğutma teknikleri uygulanabilir; ancak sızdırmaz ortamlardaki seçenekler azalmakta ve bu durum, sızdırmaz cihazlardaki ısıl yönetim sorununu daha da artırmaktadır. Sızdırmaz sistemlerin soğutma mekanizmaları, esasen iki ana gruba ayrılabilir: aktif ve pasif soğutma. Pasif soğutma, ısı yayılımına katılım sağlayan iletim, taşınım ve radyasyon gibi mekanizmaları kullanırken, aktif soğutma, ek yollarla (havalandırma, termoelektrik soğutma veya sıvı soğutma) gerçekleştirilir. Bu tez, sızdırmaz elektronik cihazların soğutulmasına yönelik yeni bir soğutma sistemi tasarlamayı amaçlamaktadır ve bu tasarım sanayi uygulamalarına yönelik bir potansiyele sahiptir. Önerilen tasarım, aktif soğutma için dış akış havalandırması ve pasif soğutma için bir ısı emici yapısı içerecektir. Bu yenilikçi tasarımın etkinliği, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) simülasyonları aracılığıyla değerlendirilecektir. Cihazı kabul edilebilir sıcaklık aralıklarında tutarak, sızdırmaz yapılar için özel olarak soğutma amacıyla pratik bir tasarım örneği geliştirilecektir. Analiz çeşitli havalandırma konfigürasyonlarını içerecek ve nihayetinde farklı kanat yapılarının termal performansı hakkında referans veriler elde edilecektir. Bu verilerin, sızdırmazlık gerektiren ortamların gerektirdiği projelerde soğutma kapasitelerinin tahmin edilmesi için temel bir kaynak olarak hizmet etmesi amaçlanmaktadır. Çalışmanın bulguları karşılaştırılıp, netlik ve kolay referans sağlamak amacıyla tablo formatında sunulacaktır.
Cooling analysis and innovative design to increase heat transfer in sealed electronic devices With the rapid development of technology, electronic equipment is now present in every aspect of our lives. Even mechanical systems have been replaced by electromechanical systems. Thanks to systems operating with electronics, system controls and functions are increasing. All data has become more measurable and traceable through devices and modules. One of the most important problems of electronic devices is heating. Especially high-performance processors and electronic cards can draw significant power and therefore reach critical temperatures. Heating can lead to functional loss or failure of devices. Various methods are used to draw heat from heating systems. Fans, thermoelectric coolers, liquid cooling systems, and many similar cooling techniques are used in this field. Heat transfer rates are also increased by using materials with high thermal conductivity. At this point, a situation requiring sensitivity is to prevent moisture accumulation on electronic circuits. Moisture and water can be damaging at this point. Sealed systems are used in many areas today. Especially in the military field, sealed devices are preferred considering harsh conditions. Sealing is defined as not allowing two substances, water and dust, into a closed space In electronic systems where sealing is not required, many alternative cooling techniques can be used, while alternatives are reduced in a sealed structure. Therefore, heating is a serious problem in sealed devices. Cooling of sealed systems is divided into two main groups: active and passive. Passive cooling deals with heat transfer by conduction, convection, and radiation, aiming to increase heat transfer rates. Active cooling, on the other hand, is the cooling process performed using ventilation, thermoelectric cooling, or liquid cooling. Considering heat generation, active and passive systems can be used together, and cooling with a single system is also possible. The purpose of our thesis is to design a new cooling system related to the cooling of sealed electronic devices. This design will be applicable in the industry. External flow ventilation will be used as active cooling, and a heatsink structure will be used as passive cooling. Then, the efficiency of this new design will be analyzed using computational fluid dynamics (CFD) method. By keeping the device at reasonable temperature values, a new design example will be created, especially for cooling sealed structures. Analysis studies have been conducted according to different ventilation channels. As a result of these studies, reference data on how much heat can be drawn by different fin structures will be obtained. These reference data are aimed to provide an approximate cooling capacity estimation in projects where sealing is required. The data obtained as a result of the study are compared and presented in tabular form.
Cooling analysis and innovative design to increase heat transfer in sealed electronic devices With the rapid development of technology, electronic equipment is now present in every aspect of our lives. Even mechanical systems have been replaced by electromechanical systems. Thanks to systems operating with electronics, system controls and functions are increasing. All data has become more measurable and traceable through devices and modules. One of the most important problems of electronic devices is heating. Especially high-performance processors and electronic cards can draw significant power and therefore reach critical temperatures. Heating can lead to functional loss or failure of devices. Various methods are used to draw heat from heating systems. Fans, thermoelectric coolers, liquid cooling systems, and many similar cooling techniques are used in this field. Heat transfer rates are also increased by using materials with high thermal conductivity. At this point, a situation requiring sensitivity is to prevent moisture accumulation on electronic circuits. Moisture and water can be damaging at this point. Sealed systems are used in many areas today. Especially in the military field, sealed devices are preferred considering harsh conditions. Sealing is defined as not allowing two substances, water and dust, into a closed space In electronic systems where sealing is not required, many alternative cooling techniques can be used, while alternatives are reduced in a sealed structure. Therefore, heating is a serious problem in sealed devices. Cooling of sealed systems is divided into two main groups: active and passive. Passive cooling deals with heat transfer by conduction, convection, and radiation, aiming to increase heat transfer rates. Active cooling, on the other hand, is the cooling process performed using ventilation, thermoelectric cooling, or liquid cooling. Considering heat generation, active and passive systems can be used together, and cooling with a single system is also possible. The purpose of our thesis is to design a new cooling system related to the cooling of sealed electronic devices. This design will be applicable in the industry. External flow ventilation will be used as active cooling, and a heatsink structure will be used as passive cooling. Then, the efficiency of this new design will be analyzed using computational fluid dynamics (CFD) method. By keeping the device at reasonable temperature values, a new design example will be created, especially for cooling sealed structures. Analysis studies have been conducted according to different ventilation channels. As a result of these studies, reference data on how much heat can be drawn by different fin structures will be obtained. These reference data are aimed to provide an approximate cooling capacity estimation in projects where sealing is required. The data obtained as a result of the study are compared and presented in tabular form.