Influência dos modelos de turbulência na análise térmica computacional de equipamentos eletrônicos

Abstract

For all equipment and electronic components function, properly efficient heat exchange is required between the elements and the means to prevent overheating. At first, it was used natural convection as the primary form of heat dissipation. However, with the miniaturization of electronic components and the increasing power of these components was necessary to increase the air flow for heat dissipation and thus passed to using forced convection to maintain the equipment within the temperature ranges recommended. Then, with the gradual increase in flow velocities were thus generated flows increasingly turbulent, which are a great ally when seeking a larger heat exchange. Thus, the purpose of this paper is to present a study of the phenomena occurring on an electronic board subjected to turbulent flow through numerical simulations and perform a comparison with existing experimental result in the literature. To analyze the influence of each turbulence model applied to the case study. Therefore, it was observed that there is a great difficulty for anyone working with numerical simulation to define which model to use among the various models of turbulence and is in this respect that this work is based, to facilitate the choice of turbulence model and point out which turbulence model best describes the problem proposed here. To this end, heated blocks on an electronic board were subjected to flows with speeds ranging from 1m/s to 4m/s, being the most used in industry for this type of flow and through study and refinement of the meshes, the analysis of flows, speeds and temperature distributions sought to verify the turbulence model that best describes the problem here chosen

Para que todos os equipamentos e componentes eletrônicos funcionem adequadamente é necessária uma eficiente troca de calor entre os elementos e o meio para evitar o superaquecimento. A princípio, utilizava-se a convecção natural como principal forma de dissipação de calor. No entanto, com a miniaturização dos componentes eletrônicos e o aumento da potência desses componentes houve a necessidade de aumentar o fluxo de ar para a dissipação de calor e deste modo passou-se a utilizar a convecção forçada para manter os equipamentos dentro das faixas de temperatura recomendadas. Logo, com o gradativo aumento das velocidades de fluxo geraram-se assim escoamentos cada vez mais turbulentos, que são um grande aliado quando se busca uma maior troca de calor. Com isso a proposta deste trabalho é apresentar um estudo dos fenômenos ocorridos em uma placa eletrônica submetida a um escoamento turbulento através de simulações numéricas e realizar um comparativo com resultado experimental existente na literatura. Visando analisar a influência de cada modelo de turbulência aplicado ao caso de estudo. Pois, observou-se que há uma grande dificuldade para quem trabalha com simulação numérica em definir qual modelo utilizar dentre os diversos modelos de turbulência e é nesse aspecto que esse trabalho se baseia, facilitar a escolha do modelo de turbulência e apontar qual modelo de turbulência descreve melhor o problema aqui proposto. Para isso, blocos aquecidos sobre uma placa eletrônica foram submetidos a escoamentos com velocidades variando entre 1m/s a 4m/s, por serem as mais utilizadas na indústria para este tipo de escoamento, e através do estudo e refinamento das malhas, das análises dos escoamentos, das velocidades e das distribuições de temperatura buscou-se verificar o modelo de turbulência que melhor descreve o problema aqui escolhido