Análise de um dissipador de calor para componentes eletrônicos de alta potência utilizando o software OpenFOAM

Abstract

eletrônicos de alto poder de processamento seja confiável e seguro, altas taxas de transferência de calor são exigidas para resfria-los. Diversas linhas de pesquisa buscam soluções para esse problema, sendo uma que merece especial destaque a que é objeto de estudo do presente trabalho: dissipadores de calor em forma de microcanais. Aqui é efetuada uma análise da dissipação de calor em um arranjo de microcanais através de uma simulação numérica usando o método de volumes finitos com o software de código aberto OpenFOAM. Os resultados obtidos são comparados com o experimento pioneiro no estudo de microcanais desenvolvido por Tuckerman e Pease (1981) e uma análise numérica obtida com outro software, o ANSYS Fluent. As análises apresentadas qualificam o OpenFOAM como uma ferramenta adequada para resolver problemas de transferência de calor em componentes eletrônicos: a resistência térmica máxima do modelo obtida é de 0,104 K/W a uma queda de pressão de 288 kPa, resultado que condiz com o valor de 0,090 K/W obtido no experimento de Tuckerman e Pease. Ainda, o comportamento das variáveis ao longo do domínio corresponde ao da simulação equivalente conduzida no ANSYS Fluent.

In order for the operation of integrated circuits that make up electronic components of high processing power to be reliable and safe, high rates of heat transfer are required to cool them. Several lines of research look for solutions to this problem, being one that deserves special emphasis the one that is the object of study of the present work: heat sinks in the form of microchannels. Here, an analysis of the heat dissipation in an array of microchannels is carried out through a numerical simulation using the finite volume method with OpenFOAM open source software. The results obtained are compared with the pioneer experiment in the microchannel study developed by Tuckerman and Pease (1981) and a numerical analysis obtained with other software, ANSYS Fluent. The analysis showed that OpenFOAM is a suitable tool to solve problems of heat transfer in electronic components: the maximum thermal resistance of the obtained system is 0,104 K/W at a pressure drop of 288 kpa, a result that is consistente with the value of 0.090 K/W obtained in the experiment from Tuckerman and Pease. Also, the behavior of the variables along the domain corresponds to the equivalent simulation conducted in the ANSYS Fluent.