Thermal Performance Of Computer Micro-Processor Using Microchannel Heat Sink With Nanofluids

Tony Tan, Hin Joo (2016) Thermal Performance Of Computer Micro-Processor Using Microchannel Heat Sink With Nanofluids. PhD thesis, Universiti Sains Malaysia.

[img]
Preview
PDF
Download (214kB) | Preview

Abstract

Dalam perkembangan teknologi elektronik yang pesat, permintaan terhadap komputer berkapasiti tinggi semakin meningkat setiap tahun. Apabila kapasiti komputer semakin meningkat, haba yang dihasilkan daripada komponen pemprosesan semakin meningkat semasa berfungsi. Dengan ketiadaan pengurusan haba yang sesuai, haba tinggi yang dihasilkan tersebut akan menyebabkan suhu tinggi pada komponen pemprosesan komputer dan akibatnya prestasi komputer akan menurun sehingga pada akhirnya komponen akan mengalami kerosakan. Pada masa yang sama, proses pengecilan saiz komponen elektronik yang berterusan itu menyumbang kesan impak terhadap saiz sistem penyejukkan yang dihubungkan kepada komponen pemprosesan komputer tersebut. Secara amnya, dalam teknologi sistem penyejukkan yang sedia ada, saiz sistem penyejukkan konvensional telah digunakan dalam pasaran and pelbagai jenis medium penyejukkan digunakan untuk menyerap dan membebaskan haba. Walaubagaimanapun, kapasiti penyejukkan bagi sistem penyejukkan konvensional tersebut adalah terhad dan tidak mampu mengeluarkan haba tinggi daripada komponen pemprosesan komputer yang berkapasiti tinggi. Selain itu, saiz yang besar tidak dapat dimuatkan ke atas komponen pemprosesan komputer yang semakin kecil. Dengan itu, langkah - langkah yang sesuai untuk menangani masalah pengurusan haba yang tinggi dan fizikal saiz yang kecil bagi sistem penyejukkan adalah diperlukan. Sebagai penyelesaiannya, mikro penyerap haba telah diperkenalkan. Dalam penyelidikan tersebut, pelbagai parameter (hilang tekanan [range: 20Pa – 38Pa], suhu [range: 342K – 354K] and Reynolds Number [range: 70 – 1150]), fizikal dimensi dan bentuk saluran penyerap haba (segi empat panjang, tiga segi dan trapezoid) telah dipertimbangkan and dianalisis terhadap impaknya ke atas prestasi mikro penyerap haba. Penyelidikan tersebut telah dijalankan melalui kaedah simulasi. Dalam kaedah eksperimen, pelbagai medium penyejukkan digunakan iaitu air penyulingan dan nanofluid (air penyulingan + alumina Al2O3, dan air penyulingan + silica SiO2) dengan kandungan zarah-zarah nano yang berlainan (1%, 2% and 3% kandungan). Manakala dalam kaedah simulasi, komputer pengisian FLUENT berdasarkan Finite Volume Method (FVM) telah digunakan untuk menyimulasikan keupayaan mikro penyerap haba. Keputusan kajian tersebut menunjukkan bahawa faktor fizikal dimensi dan bentuk memberikan kesan impak yang tinggi terhadap prestasi haba bagi mikro penyerap haba. Dengan itu, saluran berbentuk segi empat panjang mampu memindahkan haba yang tinggi berbanding dengan bentuk saluran mikro yang lain, tetapi ia menunjukkan prestasi hidrodinamik yang rendah. Sebaliknya, mikro saluran segi tiga menunjukkan prestasi pemindahan haba yang rendah walaupun prestasi hidrodinamik yang tinggi. Analisis terhadap kesan jenis zarah – zarah nano (Al2O3 dan SiO2) dan kandungannya (1%, 2% dan 3% kandungan) dalam asas medium penyejukkan ke atas prestasi mikro penyerap haba telah dijalankan dalam kajian tersebut. Hasil analisis tersebut menunjukkan bahawa kehadiran zarah – zarah nano dalam asas medium penyejukkan dapat meningkatkan prestasi penyejukkan sebanyak 40% berbanding dengan penggunaan air penyulingan sahaja. Manakala dengan peningkatan kandungan zarah – zarah nano dalam asas medium penyejukkan, kadar penyejukkan meningkat. Walaubagaimanapun, kuantiti kandungan zarah – zarah nano yang rendah tidak mempengaruhi prestasi hidrodinamik bagi mikro penyerap haba. Sebagai kesimpulannya, kesan fizikal dimensi, bentuk saluran mikro dan kehadiran zarah – zarah nano dalam asas medium penyejukkan merupakan faktor – faktor penting dan menunjukkan impaknya yang jelas ke atas prestasi saluran mikro penyerap haba. Bagi menunjukkan keputusan simulasi yang dihasilkan itu menyakinkan, kaedah eksperimen telah dijalankan bagi mengesahkan keputusan tersebut. __________________________________________________________________________________ In the rapid development of electronic technology, the demand of high capacity in computer performance is increasing every year. The higher the performance of computer the higher the heat will be released from the computer processor. Without proper management of the heat release, the generated high heat will cause computer performance deteriorate due to high temperature and may cause damage consequently. Furthermore, the continuous miniaturization process of electronic component has contributed impact to the size of cooling system which is incorporated with the electronic component. As commonly found in the current technology of cooling system, the conventional size of cooling system is used, and various medium are applied through the cooling system for heat removal purpose. The heat removal capacity of conventional cooling system is limited which is not able to dispel the high heat that generated from high performance computer processor. Furthermore, the larger size of the conventional cooling system can not be fitted into the smaller size of electronic components of the processor. As a result, a proper approach of managing the high heat issue and proper physical size of cooling system is required, in which microchannel heat sink is introduced. In the research work, various operating conditions (pressure drop [range: 20Pa – 38Pa], temperature [range: 342K – 354K] and Reynolds Number [range: 70 – 1150]), physical dimensions and channel configurations (rectangular, triangular and trapezoidal) are considered and analysed in order to investigate their impact on the microchannel heat sink performance in terms of pressure drop, pumping power, thermal resistance, and heat transfer coefficient. Besides this, various cooling working medium has been used such as distilled water and nanofluid (Distilled Water H2O + Alumina Al2O3 and Distilled Water H2O + Silica SiO2) with various concentrations of nanoparticles (1%, 2% and 3% concentration). Simulation work by applying Finite Volume Method (FVM) in FLUENT software has been carried out to simulate the engineering results for the performance of microchannel heat sink. It is found that the physical dimension and geometrical channel configuration have obvious impact on the microchannel heat sink performance in which the case of rectangular channel that provides the highest heat transfer performance. Besides this, the research work also shows that the effect of different types and concentrations (1%, 2% and 3% concentrations) of nanoparticles within cooling medium plays important role onto the microchannel heat sink performance. The increment of cooling performance by 40% can be achieved by adding nanoparticles into cooling medium as compared with pure distilled water. Furthermore, the increment of cooling rate also can be achieved by the increment of nanoparticles concentration. In the research work, nanofluid Alumina provides the higher cooling rate as compare with pure distilled water and nanofluid Silica due to the effect of high thermal conductivity. However, the small amount of nanoparticles concentration would not affect hydrodynamic performance of microchannel heat sink. As a result, the physical dimension, channel geometrical configurations, existence of nanoparticles within cooling medium are vital factors that able to affect and incur obvious impact on the performances of microchannel heat sink hydrodynamically and thermally. To ensure the result of the simulation work above is reliable, the experimental works have been carried out for validation and comparison.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: T Technology
T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ1-1570 Mechanical engineering and machinery
Divisions: Kampus Kejuruteraan (Engineering Campus) > Pusat Pengajian Kejuruteraan Mekanikal (School of Mechanical Engineering) > Thesis
Depositing User: Mr Mohamed Yunus Mat Yusof
Date Deposited: 02 Mar 2020 04:28
Last Modified: 22 Oct 2020 03:03
URI: http://eprints.usm.my/id/eprint/46413

Actions (login required)

View Item View Item
Share