Thermal performances of optimized plate-fin and pin-fin heat sinks with a vertical base plate were compared in natural convection. Comparisons were performed under the same base plate dimensions and fin height condition. A Nusselt number correlation available for plate-fin array was adopted to optimize plate-fin heat sinks. For pin-fin heat sinks, a new correlation of convective heat transfer coefficient was developed. With the new correlation, diameter, horizontal spacing, and vertical spacing of pin-fin array were optimized. Optimized plate-fin and pin-fin heat sinks are compared analytically and experimentally. They were compared for various base plate dimensions, fin heights, temperature differences. We have found that plate-fin heat sinks show better performance in most practical applications.
본 연구에서는 자연대류 조건 하에서의 수직 평판을 가지는 최적화된 플레이트-휜 히트 싱크와 핀-휜 히트 싱크의 열 성능을 비교하였다. 열 성능의 비교는 동일한 베이스 크기와 휜 높이를 가지는 조건을 바탕으로 수행되었다. 플레이트-휜 히트 싱크에 대해서는 최적화에 이용될 수 있는 상관식이 선정되었다. 핀-휜 히트 싱크에 대해서는 대류 열전달 계수를 예측할 수 있는 새로운 상관식을 개발하였다. 개발된 상관식을 이용하여 핀-휜 히트 싱크의 휜 지름, 가로 간격, 세로 간격 등의 변수를 최적화하였다. 각각 최적화된 플레이트-휜 히트 싱크와 핀-휜 히트 싱크는 해석적, 실험적으로 비교되었다. 비교는 다양한 베이스 크기, 휜 높이 및 온도차 조건에 대해서 수행되었다. 그 결과 대부분의 실용적인 응용처에 대하여 플레이트-휜 히트 싱크가 더 좋을 열 성능을 낸다는 것을 확인하였다.
