Numerical Analysis for Thermal Design of Electronic Equipment Using Phase Change Material

In this study, a case analysis for thermal design of electronic equipment using a phase change material(PCM) was performed numerically using ANSYS Fluent. Experiments were conducted to find the temperature increase(${\Delta}T_m$), melting temperature($T_m$), and volume expansion of the PCM under the melting process. To verify the accuracy of the Fluent solver model, $T_m$, ${\Delta}T_m$, and the melting time were compared with experimental results. To simulate the temperature stagnation phenomenon under the melting process, the equivalent specific heat method was applied to calculate the thermal properties of the PCM in the solver model. To determine the thermal stability of electronic equipment, we paid special attention to finding a thermal design for the PCM using fins. Further, an additional numerical analysis is currently underway to find an optimum design.

상변화 물질을 이용한 전자 장비 방열 설계의 수치 해석적 연구

본 연구에서는 무인 항공 장비에 장착되는 전자 장비에 상변화 물질을 적용한 방열 설계를 수치적으로 진행하였다. 상변화 물질에 대한 열특성 실험을 통해 용융점($T_m$), 용융시 온도 증분(${\Delta}T_m$) 및 체적 팽창을 확인하였으며, 이를 통해 해석 모델 검증을 진행하였다. 용융시 용융점에서 발생하는 온도 정체 현상을 모사하기 위해 등가 비열법으로 계산한 열 물성치를 상변화 물질의 해석 모델 물성치로 입력하였으며, 실험 결과와의 비교를 통해 해석 모델의 신뢰성을 검증하였다. 검증된 해석 모델을 통해 핀과 함께 상변화 물질이 충진된 장비 하우징의 방열 성능을 향상시키고, 이를 통해 장비의 열적 안정성을 확보하였다. 현재 상변화 물질이 충진된 하우징의 방열 성능 극대화를 위해 핀 최적 설계에 대한 추가적인 연구가 진행 중에 있다.