A comprehensive study on a heatsink subjected to an airflow utilizing shear stress transport model using SU2

Joudaki, Samaneh (2025). A comprehensive study on a heatsink subjected to an airflow utilizing shear stress transport model using SU2. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Essential parts of electronic cooling, heatsinks are made to disperse heat produced by electronics to avoid overheating and guarantee safe operation. Optimizing a heartsink’s design and increasing its efficiency requires an understanding of the complex thermal and flow properties surrounding it. The objective of this study is to analyze the effect of velocity, temperature, and flow characteristics that have a substantial effect on the performance of heat sinks.

The present study uses the Shear Stress Transport (SST) model to forecast fluid and thermal flow while providing a detailed examination of a heatsink exposed to airflow. Known for its ability to precisely predict heat transfer and flow separation in turbulent boundary layers, the Shear Stress Transport (SST) model is used to represent the relationships between pin-fin heatsink surfaces and airflow. This model is especially well-suited to mimic the turbulent areas produced by the fin structure of the heatsink and to capture the subtleties of both connected and separated flow zones, both of which are important for heat dissipation.

The study reviews different characteristics of heatsink such as flow rate and temperature. Effect of different flow criteria: inlet velocity, temperature are studied. To give a thorough comparison across various configurations, key performance characteristics: heat transfer coefficients, and pressure drops, thermal resistance are assessed. The study starts with a grid sensitivity conducted to evaluate the precision and dependability of the findings. The results demonstrate that the SST and Spalart-Allmaras turbulence models can represent localized thermal gradients and flow characteristics. By comparing different turbulence models, the paper demonstrates how dependent pressure drop and thermal performance estimates are on turbulence modelling assumptions. The open-source programs SU2 CFD and Paraview were used to conduct the study. This study provide a framework for choosing layouts that minimize pressure losses and optimize thermal efficiency.

Titre traduit

Une étude complète sur un dissipateur thermique soumis à un flux d'air utilisant un modèle de transport de contrainte de cisaillement utilisant SU2

Résumé traduit

La présente étude utilise le modèle de transport des contraintes de cisaillement (SST) pour prévoir l’écoulement de fluide et le transfert de chaleur tout en fournissant un examen détaillé d'un dissipateur thermique exposé à un flux d'air. Éléments essentiels du refroidissement électronique, les dissipateurs thermiques sont conçus pour disperser la chaleur produite par l'électronique afin d'éviter la surchauffe et de garantir un fonctionnement optimal. L’objectif de cette étude est d’analyser l’effet de la vitesse, de la température et des caractéristiques d’écoulement qui ont un effet substantiel sur les performances des dissipateurs thermiques.

Connu pour sa capacité à prédire avec précision le transfert de chaleur et la séparation des flux dans les couches limites turbulentes, le modèle de transport des contraintes de cisaillement (SST) est utilisé pour représenter les relations complexes entre les surfaces du dissipateur thermique et le flux d'air. Ce modèle est particulièrement bien adapté pour imiter les zones turbulentes produites par la structure des ailettes circulaires du dissipateur thermique et pour capturer les subtilités des zones d'écoulement connectées et séparées, toutes deux importantes pour la dissipation de la chaleur.

L'étude examine différentes caractéristiques telles que la vitesse et la température. Pour effectuer une comparaison approfondie entre différentes configurations, des caractéristiques de performance clés telles que la résistance thermique, les coefficients de transfert de chaleur et les chutes de pression sont évaluées. De plus, des recherches sur la sensibilité de la grille sont menées pour évaluer la précision et la fiabilité des résultats. Les résultats démontrent à quel point les modèles de turbulence SST et Spalart-Allmaras peuvent représenter les gradients thermiques localisés et les caractéristiques d'écoulement. Les programmes open source SU2 et Paraview ont été utilisés pour mener l'étude. Cette étude fournie un cadre pour choisir des configurations de dissipateurs qui minimisent les pertes de pression et réduisent la résistance thermique.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master’s degree with thesis in mechanical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 107-114).
Mots-clés libres:	CFD, dissipateur thermique, modèle de transport de contrainte de cisaillement (SST), modélisation de la turbulence, gestion thermique, dissipation thermique, sensibilité de la grille, refroidissement électronique, SU2
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Morency, François
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	08 sept. 2025 19:18
Dernière modification:	08 sept. 2025 19:18
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3680

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