Numerical Analysis of Heat Transfer of Aligned Wing Type Pin-Fin Array of Air Cooling Module with Various Fin Shapes for Electronic Packaging Application

날개형 핀-휜의 기하학적 형상이 전자기기 모듈 냉각용 공기냉각기의 유동 및 열전달에 미치는 영향

In this study, the flow and heat transfer of the aligned pin-fin array of the air cooling module for electronic packaging application were numerically analyzed with various fin shapes. The geometric cross-sectional shapes of pin-fins considered in this study were ellipse, wing and circle. The fins had same cross-sectional area and height, but they had different surface areas. As the results, the surface area, the heat transfer coefficient, and the heat transfer performance of pin-fins greatly depended on their shapes. Of the three types of pin-fins, the wing type pin-fin with suitable shape produced the best heat transfer performance. This result implies that the cooling capacity of the pin-fin cooler can be significantly enhanced only by the change of fin shape without increasing air flow-rate or fin density.

본 연구는 전자기기 모듈의 공기 냉각용 정렬 배열된 핀-휜 열교환기에서 휜 형상의 변화가 유동 및 열전달에 미치는 영향을 수치적으로 해석하였다. 휜 단면의 기하학적 형상은 세 가지로서 원형, 타원형, 그리고 날개형이었다. 취급된 모든 휜의 단면적과 높이는 서로 동일하지만, 그 표면적만은 서로 달랐다. 그 결과, 휜의 표면적, 열전달계수, 그리고 열전달 성능은 휜의 형상에 크게 의존하였다. 적절한 형상을 갖는 휜의 열전달 성능은 세 가지 형태의 핀-휜 중에서 날개형 핀-휜이 가장 우수하였다. 이러한 결과로부터 공기의 유량증가측은 휜의 밀도증가 없이 적절한 핀-휜의 형상변화만으로도 핀-휜 열교환기의 냉각성능을 크게 향상 시킬 수 있음을 알 수 있었다.