In the present study, the thermal optimization of a radial plate fin heat sink with an L-shaped flow under the constraint of fixed pumping power was conducted. Correlations of the pressure drop across and model for thermal resistance for the radial plate fin heat sinks were suggested. The pressure drop correlation was suggested by modifying the existing pressure drop correlation for parallel plate fin heat sinks: the correction factor for the radial plate fin heat sinks was obtained by curve-fitting the numerical results. A model for evaluating the thermal resistance of radial plate fin heat sinks was proposed. This model includes the spreading effect at the center cylinder and the fin efficiency of each plate fin. The heat transfer coefficient used in this model was calculated by multiplying the correction factor to the heat transfer coefficient for plate fin heat sink. Using the correlation and the model obtained in the present study, results for thermal optimization of radial plate fin heat sinks were presented under the constraint of fixed pumping power.
히트싱크는 제작이 용이하며 일정 수준의 방열 성능을 쉽게 얻을 수 있기에 산업 현장 전반에 걸쳐 전자 장비 냉각에 활용되고 있다. 강제대류 히트싱크는 유동을 만들어주는 추가적인 장치를 사용하여 자연대류 히트싱크 대비 높은 냉각성능을 만들어내는 장치이다. 이러한 강제대류 히트싱크에는 다양한 형상이 사용되며, 플레이트 휜, 핀 휜, 방사형 플레이트 휜 형상의 히트싱크가 널리 사용된다.
본 연구는 방사형 플레이트 휜 히트싱크에 L 자형 공기 유동을 흘려줄 때 압력 강하량과 열성능을 예측하고 이를 통해 히트싱크의 형상을 최적화하는데 목적이 있다. 방사형 플레이트 휜 히트싱크에서의 압력강하량을 구할 때, 출구 너비가 같은 플레이트 휜 히트싱크에 충돌 유동을 흘려줄 때의 압력 강하량 관계식을 기준으로 하였으며, 이 기준 값을 통해 방사형 플레이트 휜 히트싱크의 압력 강하량을 계산할 수 있는 관계식을 제안하였다. 또한 중심 축에서의 온도 구배와 각 휜에서의 효율을 고려한 방사형 플레이트 휜 히트싱크의 열저항 계산 모델을 제안하였다. 모델에서 사용한 열전달 계수는 플레이트 휜 히트싱크에서의 열전달 계수를 보정하여 구하였다. 이렇게 제안된 관계식과 모델을 사용하여 주어진 펌핑파워와 외곽 크기 및 심지 크기에서 최적의 열성능을 내는 휜 수를 구하였다.
본 연구를 통해 기존에 다양한 산업 분야에서 활용되던 방사형 플레이트 휜 히트싱크의 열성능을 한 층 높일 수 있을 것이다.
