Régimen de flujo no estacionario sobre disipador de calor

Para mi tesis de maestría, estoy simulando el enfriamiento de un microchip 2.5D (2 troqueles uno al lado del otro en un intercalador (rebanada de silicio con interconexiones)). Así que quiero calcular el flujo sobre el chip y el disipador de calor de aleta recta con conducto adjunto. El fluido solo puede fluir a través de las aletas del disipador de calor. La velocidad de entrada es superior a 2 m/s, por lo que no hay influencia de la convección natural. El flujo se puede ver como una combinación de un paso hacia adelante y un paso hacia atrás.

Calculé el número de Reynolds entre las aletas y era 1075. Entonces, el flujo debería ser laminar (o al menos eso es lo que pienso). Debido a la alta velocidad, el flujo se vuelve inestable detrás del disipador de calor (solo puedo calcular el flujo con la opción transitoria en fluido). Supuse que era un flujo laminar inestable. Pero cuando observo la velocidad en un punto, no es periódica en el tiempo. Entonces, el flujo detrás del disipador de calor podría estar en régimen de transición o turbulento. Pero no estoy seguro de eso.

¿Hay alguna manera de verificar el régimen detrás del disipador de calor?

¿Tiene imágenes de la geometría del disipador de calor y los resultados de la simulación? Si tuviera que adivinar que su disipador de calor no vuelve a pasar sin problemas a flujo libre, por lo que termina con cierta separación en el borde de cola de las aletas.
Esto parece más una cuestión de dinámica de fluidos que de electrónica.
@Spehro: de hecho lo es, pero ciertamente es una preocupación válida para el diseño electrónico; una buena respuesta sería un recurso útil.
@BrianDrummond De hecho. Sin embargo, me pregunto si podría tener una mejor oportunidad de obtener una buena respuesta en otro lugar.
El disipador de calor es de 28 por 28 mm. Hay 10 aletas con una altura de 10 mm. La sección transversal del canal entre las aletas es de 2x10 mm. El conducto de entrada y salida tiene un ancho de 28 mm y una altura de 15,24 mm. El caudal completo tiene que pasar por las aletas.

Respuestas (1)

Incluso si el flujo fuera laminar, un pin cuadrado tendrá un flujo desprendido con una estela turbulenta a cualquier velocidad menos a las más lentas. El lugar donde ocurre la transición laminar-turbulenta depende de la geometría exacta, pero la rugosidad y los pasos repentinos tienden a promover la turbulencia. También es probable que el flujo a través del conducto por delante del disipador de calor sea turbulento, ya que es rápido y muy probablemente impulsado por un ventilador que produce turbulencias. No le dé demasiada importancia al número de Reynolds para determinar si un flujo es laminar, porque una vez que un flujo se vuelve turbulento, tiende a permanecer turbulento. Es posible que la turbulencia disminuya, pero normalmente eso requiere un esfuerzo de diseño especial.

Después de haber realizado simulaciones CFD y cálculos simplificados de forma cerrada de problemas similares, prefiero la forma cerrada. Mi enfoque sería utilizar la geometría de la aleta y el caudal para calcular un coeficiente de película equivalente h para una placa plana del mismo tamaño que la base del disipador de calor. El libro de introducción a la transferencia de calor de Incropera y DeWitt es una buena fuente de fórmulas para eso. Luego, utilícelo como una condición límite para la transferencia de calor conductivo desde los troqueles hasta la superficie del disipador de calor. Un problema de conducción de calor en estado estacionario es mucho más fácil de configurar y más rápido de resolver que un problema de CFD transitorio. Como mínimo, será un buen control contra la simulación.

¡Gracias por tu respuesta! Pero el objetivo de mi tesis de maestría es encontrar una forma eficiente de calcular el enfriamiento para microchips 2.5D. Así que quería probar que una simulación FEM con un coeficiente de transferencia de calor por convección h fuera de las correlaciones es lo suficientemente precisa en comparación con un cálculo CFD completo. Y como usted dice, lo más probable es que el flujo detrás del disipador de calor no sea un flujo laminar. Entonces la pregunta sigue siendo qué tipo de flujo es. Puede ser en régimen transitorio o turbulento. Es importante saber esto para usar las ecuaciones correctas (modelo k-epsilon, etc).
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