هیت‌سینک آلومینیومی در نرم‌افزار ANSYS Fluent

در این پروژه یک هیت‌سینک آلومینیومی با پره‌های مستقیم در نرم‌افزار ANSYS Fluent مدل‌سازی و شبیه‌سازی می‌شود تا اثر فاصله بین پره‌ها بر عملکرد حرارتی و افت فشار جریان هوا بررسی گردد. هدف از این مطالعه ارزیابی عملکرد حرارتی هیت‌سینک بر اساس Average Nusselt Number و همچنین تحلیل افت فشار در کانال‌های بین پره‌ها است. مشخصات هندسه هیت‌سینک طول هیت‌سینک: 100 mm عرض هیت‌سینک: 60 mm ارتفاع کل هیت‌سینک: 30 mm ضخامت پره: 2 mm جنس هیت‌سینک: Aluminum فاصله بین پره‌ها در چهار حالت بررسی شود: 4 mm 6 mm 8 mm 10 mm هیت‌سینک شامل پره‌هایی است که روی یک صفحه پایه (Base Plate) قرار دارند، اما ضخامت پایه در مشخصات پروژه به‌صورت جداگانه تعیین نشده است. ارتفاع کل هیت‌سینک 30 mm در نظر گرفته شده است. در صورت نیاز می‌توان یک Base Plate نازک استاندارد (حدود 3 mm) در مدل در نظر گرفت. دامنه جریان هوا (Computational Domain) هیت‌سینک داخل یک کانال جریان هوا مدل شود با شرایط زیر: • فاصله ورودی هوا تا ابتدای هیت‌سینک: 150 mm • فاصله انتهای هیت‌سینک تا خروجی: 300 mm • ارتفاع کانال: حداقل 2 برابر ارتفاع هیت‌سینک • عرض کانال: برابر یا کمی بزرگ‌تر از عرض هیت‌سینک • دیواره‌های جانبی: Adiabatic • مدل کانال: Open Channel • بدون قاب صنعتی هدف از این ابعاد، جلوگیری از تأثیر مرزهای ورودی و خروجی بر نتایج است. جنس ماده جنس پایه و پره‌ها آلومینیوم در نظر گرفته شود و خواص ترموفیزیکی آن از دیتابیس پیش‌فرض ANSYS Fluent انتخاب گردد. شرایط جریان و تحلیل سیال: هوا سرعت ورودی هوا: 2 m/s دمای ورودی هوا: 300 K دمای پایه هیت‌سینک: 350 K نوع تحلیل نوع تحلیل • Steady State • Pressure-Based Solver • Flow Model: Laminar در این تحلیل فقط جابجایی اجباری هوا (Forced Convection) در نظر گرفته شود و نیازی به در نظر گرفتن تشعشع (Radiation) نیست. مواردی که باید در شبیه‌سازی انجام شود طراحی هندسه هیت‌سینک در ANSYS تولید Mesh مناسب برای مدل انجام Mesh Independence Test حداقل برای سه سطح مش مختلف (رای بررسی استقلال مش، حداقل سه سطح مختلف مش ایجاد شود و تغییرات Average Nusselt Number و Pressure Drop بین مش‌ها مقایسه گردد. زمانی که اختلاف نتایج بین دو مش متوالی کمتر از حدود 2٪ باشد، مش نهایی به‌عنوان مش مستقل از شبکه انتخاب شود.) تعیین تعداد المان‌های Mesh برای هر حالت اجرای شبیه‌سازی برای هر فاصله پره بررسی همگرایی حل با استفاده از Residuals استخراج نتایج حرارتی و هیدرودینامیکی انجام Validation با حداقل یک مقاله معتبر ّخروجی‌های مورد نیاز از شبیه‌سازی تصاویر تصویر Geometry مدل تصویر Mesh نهایی Contour دما Contour سرعت Streamline جریان هوا Residuals / Convergence Plot جداول جدول Mesh Independence جدول افت فشار برای هر فاصله پره جدول ضریب انتقال حرارت جدول کامل نتایج برای فاصله‌های 4، 6، 8 و 10 میلی‌متر شامل: Pressure Drop Average Nusselt Number Heat Transfer Coefficient (h) Thermal Resistance نمودارها Fin Spacing vs Pressure Drop Fin Spacing vs Nusselt Number Fin Spacing vs Heat Transfer Coefficient Performance Factor (Thermal Performance Factor) بر اساس نتایج شبیه‌سازی، فاصله بهینه پره‌ها (Optimal Fin Spacing) از نظر عملکرد حرارتی و افت فشار تعیین شود. تصویر هندسه نهایی تصویر مش نهایی جدول استقلال مش کانتورهای دما و سرعت Streamline جریان هوا توضیح کوتاه برای تحلیل نتایج بخش Validation با مقاله مرجع فایل‌هایی که باید تحویل داده شود فایل کامل پروژه ANSYS (Workbench + Fluent) فایل‌های cas و dat تصاویر با کیفیت بالا از نتایج فایل Excel شامل داده‌های خام و نتایج استخراج‌شده گزارش کوتاه 10 تا 15 صفحه شامل: مشخصات هندسه شرایط مرزی تنظیمات Fluent نوع Mesh نتایج شبیه‌سازی تحلیل کوتاه نتایج Validation نکته مهم اعتبارسنجی (Validation) نتایج شبیه‌سازی باید با استفاده از داده‌ها یا روابط ارائه‌شده در یک مقاله معتبر برای هیت‌سینک صفحه‌ای تحت جریان اجباری اعتبارسنجی شوند. در صورت مناسب بودن می‌توان از مقاله زیر استفاده کرد: Teertstra, P., Yovanovich, M. M., & Culham, J. R. (2000). Analytical forced convection modeling of plate fin heat sinks. Journal of Electronics Manufacturing, 10(4), 253–261. DOI: https://doi.org/10.1115/1.1209560 ارزیابی عملکرد حرارتی بر اساس Average Nusselt Number انجام شود و خواص ترموفیزیکی هوا به‌صورت ثابت و در دمای 300 کلوین فرض گردد