Study on the Natural Convection Heat-Transfer Enhancement in Radial Heat Sink Using the Perforation and Flow Guide

천공과 유동 가이드를 활용한 방사형 히트싱크의 자연대류 열전달 향상에 관한 연구

In this study, we numerically investigate the thermal performance of an enhanced radial heat sink with a perforation and chimney structure. We estimate the thermal performance of the enhanced radial heat sink, and compared it with that of a conventional radial heat sink. The results show that the radial heat sink with perforation has a higher thermal performance when either of the diameter and the number of perforations is high. With regards to the radial heat sink with a chimney structure, we investigate primarily the effect of the fin number, and the spacing between the chimney and the base plate on the thermal performance. The results show that there are optimal values for the fin number and the spacing between chimney and base plate. In addition, the enhanced radial heat sinks have maximum thermal performance when facing upward ($0^{\circ}$), while it has worst performance when facing sideward ($90^{\circ}$). The perforation and chimney are shown to cause thermal performance enhancements of 17% and 20%, respectively, compared with a conventional radial heat sink. The proposed method is useful for starting business, and is useful in terms of venture and entrepreneurship.

본 연구에서는 천공과 유동 가이드를 활용한 방사형 히트싱크의 자연대류 열전달 향상에 관해 수치적으로 탐구하였다. 천공과 침니 기반의 유동 가이드를 활용한 개선된 형상의 방사형 히트싱크의 성능을 평가하고, 기존의 방사형 히트싱크와 열 성능을 비교하였다. 연구 결과, 천공형 히트싱크는 연구범위 내에서 천공의 개수와 직경이 클수록 열 성능이 좋아짐을 알 수 있었다. 침니 기반의 유동 가이드를 활용한 히트싱크에 대해서는, 핀의 개수, 침니와 바닥면 사이의 거리의 영향을 분석하였다. 그 결과 핀의 개수와 침니와 바닥면 사이의 거리에 최적화된 값이 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 히트싱크의 방향이 상 방향($0^{\circ}$)에서 최고의 열 성능을, 측 방향($90^{\circ}$)일 때 최악의 열 성능이 나타나는 것을 알 수 있었다. 천공형 히트싱크와 최적의 구조를 갖는 유동 가이드를 갖는 히트싱크는 기존의 방사형 히트싱크와 비교하였을 때, 각각 최대 17%, 20% 개선된 열 성능을 가짐을 알 수 있었다. 본 논문은 공학과 관련한 획기적인 아이디어를 제시함으로써 창업기술개발, 벤처 및 기업가정신 함양에도 중요한 의미를 지닐 수 있다.