In the present study, analytical models for predicting fluid flow and thermal characteristics of both plate-fin heat sinks and pin-fin heat sinks are presented. The analytic model for plate-fin heat sinks is obtained from the previous models and the analytic model for pin-fin heat sinks is newly proposed in this study. By using the analytic models, optimized conditions, for which the thermal resistance is minimized, for both plate-fin and pin-fin heat sinks are obtained under the fixed pumping power condition. The thermal resistance between the optimized plate-fin heat sinks and the optimized pin-fin heat sinks is compared. As a result, the plate-fin heat sinks show better performance than pin-fin sinks when the pumping power is lows. As pumping power increases, the difference in the thermal performance of the two types of heat sinks decreases. These results are confirmed through both theoretical and experimental investigations in the present study. Finally, a region map for the ratio of the thermal resistances of plate-fin heat sinks to pin-fin heat sinks is suggested. This region map can be helpful to determining which heat sinks should be selected and how the chosen heat sink should be designed, when the constraints on the pumping power and the size of heat sinks are given.
본 연구에서는 플레이트 휜과 핀 휜 히트싱크의 유동 및 열적 특성을 예측할 수 있는 해석적 모델을 제시하였다. 플레이트 휜 히트싱크의 해석적 모델은 예전 연구자들의 연구 결과들을 비교 분석하여 얻었으며, 핀 휜 히트싱크의 해석적 모델은 기존 연구자들의 실험 결과를 이용하여 새롭게 제시하였다. 앞에서 제시한 해석적 모델을 이용하여 일정 펌핑파워조건에서 플레이트 휜 히트싱크와 핀 휜 히트싱크의 열저항을 최소로하는 최적조건을 구하였다. 이 최적조건에서의 핀 휜과 플레이트 휜의 열저항을 비교하여 볼 때, 펌핑파워가 작은 조건에서는 플레이트 휜 히트싱크의 열성능이 좋게 나왔고, 펌핑파워가 증가할 수록 두 히트싱크의 열성능의 차이는 크게 줄어들었다. 이러한 결과는 본 연구에서 실험적, 해석적으로 검증하였다. 마지막으로 두 히트싱크의 열저항의 비를 나타내는 영역도표를 제시하여 히트싱크의 설계에 많은 도움을 줄 것으로 예상한다.
