شبیه سازی عددی سه‌بُعدی چاه حرارتی دیود لیزر به منظور تخمین اثر تغییر هندسه

پژوهش حاضر، با استفاده از شبیه سازی عددی سه بعدی، عملکرد حرارتی گرماگیر دیود لیزر در حالت های مختلف پیکربندی ساختمان آن، مورد بررسی قرار گرفت. از حل عددی سه بعدی جریان سیال و انتقال حرارت با در نظر گرفتن جابجایی آزاد استفاده شده است. ابتدا به منظور صحت سنجی، نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی مقایسه شد که مطابقت خوبی داشت. سپس با توجه به الگوی جریان دودکشی، 8 هندسه در دو ارتفاع پره طراحی شده و هر کدام در سه شار حرارتی 200، 400 و 600وات بر متر مربع مورد ارزیابی قرار گرفت. هدف پژوهش حاضر، یافتن حالتی است که متوسط دمای گرماگیر کمینه شود. نتایج نشان دادند که با ایجاد برش در پره تا 40% ضریب انتقال حرارت متوسط در گرماگیر افزایش می یابد. همچنین، در پره هایی با ارتفاع 21/3میلی متر، پره با دو برش متقارن یکسان و در پره هایی با ارتفاع 32/6میلی متر که حجم پره ثابت است و قسمت های برش خورده پره به دندانه های آن افزوده شده است، برای شارهای حرارتی کمتر از 400وات بر متر مربع، پره متقارن با دو برش مشابه در قسمت میانی و حجمی معادل حجم پره اولیه، بهترین عملکرد را داشت و برای شارهای حرارتی بیشتر از 400وات بر متر مربع، دمای متوسط پره متقارن با یک برش در وسط و حجمی معادل حجم پره اولیه، کمینه شد. ضریب انتقال حرارت متوسط پره، عدد ناسلت متوسط، مقاومت حرارتی پره، دمای متوسط پره، خطوط جریان و خطوط همدما در صفحه پره برای هر حالت مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت.

3D Numerical Simulation of Laser Diode Heat Sink to Estimate the Effect of Geometry Variation

In this research, the heat sink performance of a laser diode with the different geometries was studied. A 3D simulation of flow and heat transfer has been used considering the natural convection. First, in order to test the validity, the simulation results were compared with the experimental results, which were in a good agreement. Then according to the chimney flow pattern, eight geometries were designed with two different heights of the fin and each one of them was evaluated by three heat fluxes of 200, 400 and 600 W/ . The aim of this research is to find the condition that minimizes the average temperature of the heat sink. The results showed that the average heat transfer coefficient in the heat sink is increased up to 40 percent by creating the slice in the fine. In the fins with the height of 21.3 millimeters, the fin with two similar symmetric slices and in the fins with the height of 32.6 millimeters and constant volume that the slices of fine are added to its teeth, for heat fluxes less than 400 W/ , symmetric fin with two similar slices in the middle section and a volume equal to the volume of the primary fin, had the best performance. For heat fluxes, more than 400 W/ , the average temperature of the symmetric fin with one slice in the middle and a volume equal to the volume of the primary fin was minimized. Fin average heat transfer coefficient, average Nusselt number, fin thermal resistance, fin average temperatures, flow streamline and isothermal contour plots in the fin plate were evaluated for each state.