Abstract
This study presents a numerical investigation of a finned heat sink in forced convection flow. Tests were conducted on a square fin with varying angles of inclination, heights, and distances between fins. These parameters were examined at different Reynolds numbers within the turbulent range (from 5000 to 25000) and a heat flux of 5000 W/m². The heat distribution and flow behavior around the heat sink were modeled using the full Navier-Stokes and energy equations. The simulations were performed using ANSYS Fluent with the k-ε model. Results indicated that decreasing fin spacing from 6mm to 2mm led to 9% reduction in surface temperature and an increase in the Nusselt number by 41%, highlighting a significant enhancement in convective heat transfer. Similarly, variations in fin height showed a noticeable influence on thermal behavior, resulting by 16% reduction in surface temperature and enhancing the Nusselt number by 94%, and an inclination of 15 was found to provide the optimal thermal performance among the investigated angles, achieving the lowest surface temperature by 6% .
Keywords
Heat Sink
Square fins
thermal performance
Abstract
تقدم هذه الدراسة بحثًا رقميًا لمبدد حرارة ذي زعانف في تدفق حراري قسري. أجريت الاختبارات على زعنفة مربعة بزوايا ميل وارتفاعات ومسافات متفاوتة بين الزعانف. تم فحص هذه المعلمات عند أرقام رينولدز مختلفة ضمن النطاق المضطرب (من 5000 إلى 25000) وتدفق حراري قدره 5000 واط/م². تم نمذجة توزيع الحرارة وسلوك التدفق حول المبدد الحراري باستخدام معادلات نافييه-ستوكس الكاملة ومعادلات الطاقة. تم إجراء المحاكاة باستخدام ANSYS Fluent مع نموذج k-ε. أشارت النتائج إلى أن تقليل المسافة بين الزعانف من 6 مم إلى 2 مم أدى إلى انخفاض بنسبة 9٪ في درجة حرارة السطح وزيادة في رقم نسلت بنسبة 41٪، مما يسلط الضوء على تحسن كبير في نقل الحرارة بالحمل الحراري. وبالمثل، أظهرت التغيرات في ارتفاع الزعانف تأثيرًا ملحوظًا على السلوك الحراري، مما أدى إلى انخفاض بنسبة 16٪ في درجة حرارة السطح وزيادة رقم نسلت بنسبة 94٪، وتبين أن الميل 15 يوفر الأداء الحراري الأمثل بين الزوايا التي تم فحصها، حيث حقق أدنى درجة حرارة سطح بنسبة 6٪.
Keywords
مشتت حراري، زعانف مربعة، أداء حراري.