بررسي عددي تأثير نانوسيال بر راندمان چاه حرارتي ميكرو كانالي با استفاده از روش تاگوچي

Numerical investigation of nano-fluid flow on micro channel heat sink efficiency using the Taguchi method

در اين مقاله عملكرد يك چاه حرارتي ميكروكانالي با دو جنس مختلف آلومينيم و مس و با نانو سيالات مختلف و سيال پايه آب و اتيلن-گليكول مورد مطالعه قرار گرفته است. چاه حرارتي ميكروكانلي شامل تعدادي ميكروكانال موازي است كه براي كنترل دما بر روي يك منبع گرم مانند سي‌پي‌يو كامپيوتر قرار مي‌گيرد. جريان درون كانال‌ها آرام، دائمي و سيال تراكم ناپذير است. نانوسيالات مورد استفاده همگن در نظر گرفته شده‌اند. معادلات حاكم به‌صورت سه بعدي و به‌روش عددي حجم محدود حل شدند. براي بررسي تاثير همزمان تمامي پارامترهاي اثرگذار از روش آماري تاگوچي استفاده شده است. بررسي‌ها نشان مي‌دهد كه در شرايط يكسان تركيبات مختلف نانوذرات با سيال پايه اتيلن گليكول در مقايسه با نانوسيالات آب بيش از ده برابر افت فشار ايجاد كرده و همچنين، دماي منبع گرم در اين حالت تقريباً ده درجه سانتي گراد بالاتر است. بنابراين استفاده از نانوسيالات با سيال پايه اتيلن‌گليكول توجيه‌پذير نيست. از ديگر يافته‌هاي تحقيق اين است كه نانو سيال آب-اكسيد تيتانيوم 5/0 درصد و كانال مسي از ميان وضعيت‌هاي در نظر گرفته شده، بهترين راندمان را براي چاه حرارتي داشته اما نانوسيال آب-اكسيد آلومينيم 8 درصد و كانال مسي بهترين كاهش دما را براي منبع گرم دارد.

In this article we have studied a micro-channel heat sink with different kinds of nanofluid flow using water and ethylene-glycol as base fluids. The heat sink discussed contains a number of parallel micro channels which are placed on a thermal source (exp. computer CPU) for controlling its temperature. The flows in micro-channels are considered, incompressible, steady state and homogenous. A Finite volume three dimensional numerical scheme is used to solve the governing differential equations. The channel is made aluminum or copper and aluminum oxide, copper, titanium oxide, mercury and gold used as nanoparticles inside the base fluid, water and ethylene-glycol. Taguchi statistical method is used for to investigate all the cases. Studies show that different combinations of nanoparticles create a 10 times higher pressure lost with ethylene-glycol as the base fluid rather than water. The heat source’s temperature correspondingly leads for over 10℃ the ethylene-glycol version. Therefore it doesn’t seem sufficient to use ethylene glycol as the base fluid for nano particles. Other findings from this research is that water with 5.0% titanium-dioxide with the copper channels has the best thermal efficiency, but water with 8% aluminum-oxide with the copper channels has the best minimum temperature of heat sourc