توصیف همرفت طبیعی در یک سینک حرارتی مبتنی بر PCM با ساختارهای رسانای جدید

این مقاله به صورت کمی (عددی)، اثر همرفت طبیعی را بر عملکرد گرمایی یک مخزن یا سینک حرارتی – گرمایی مبتنی بر PCM ساختارهای رسانای درختی شکل جدید و ساختارهای پره صفحه‌ای مرسوم، بررسی می‌کند. شبیه‌سازی با استفاده از یک مدل CFD بر پایه روش‌های آنتالپی – تخلخل و VOF تحقق یافت. نتایج نشان دادند که تاثیر همرفت طبیعی مربوط به ساختار فلزی کاربردی، جهت گیری و کسر حجمی فلز به کار برده شده، بود. در میان آن‌ها، جهت گیری، مهم‌ترین تاثیر را بر انتقال حرارت همرفت طبیعی با تاثیر بر الگوی جریان و در عوض بازده نهایی، نشان داد. افزایش کسر حجمی فلز تمایل به تضعیف تاثیر همرفت طبیعی دارد که به افزایش هدایت گرمایی و جریان همرفت محدود، نسبت داده می‌شود. ساختار درختی شکل بهینه با مسیر هدایت گرمایی بهتر و رابط منحنی، همرفت طبیعی را بهبود بخشید، که با آن اختلاط گرمایی بهتر و بازده بیشتر و بالاتری حاصل شد و در نتیجه انتقال گرما را افزایش داد. هنگامی که همرفت طبیعی ناچیز بود، طراحی ساختار شکل درخت در ابتدا انتقال حرارت بهتر اما متعاقبا بدتر را به دلیل بازده نهایی بیشتر اما خطوط تماس کوتاه‌تر، انجام داد. پیشنهاد می‌

This paper numerically investigated the effect of natural convection on the thermal behaviour of a PCM-based heat sink with novel tree shape conductive structures and conventional plate fin structures. Simulations were realized using a CFD model based on the enthalpy-porosity and VOF methods. Results showed that the influence of natural convection was related to the applied metal structure, orientation and metal volume fraction. Among them, orientation expressed the most significant impact on the natural convection heat transfer by affecting the flow pattern and in return the fin efficiency. Increasing metal volume fraction tended to weaken the influence of natural convection ascribed to the enhanced heat conduction and restricted convection flow. The optimized tree shape structure with a better heat conduction path and curvilinear interface promoted natural convection, by which the better thermal mixing and higher fin efficiency were achieved, and thus enhanced heat transfer. When nat