In the various areas in which electrical com- ponents are used, the problem of heat dissipation generated due to the absorption of electrical energy assumes great interest and is worthy of an in-depth study. In steady state conditions, the thermal power generated can equal the electrical power absorbed and leads to an alteration in the physical properties of electrical components compromising their performance and correct functioning. One of the most frequently adopted solutions consists in the application of a heat sink on the surface to be cooled. Experimental tests were conducted using an infrared thermal camera, an internal climate control unit for the recording of the thermo hygrometric conditions of the environment and a finite element software (ProENGINEER) to simulate the thermal behaviour of the heat sink in order to analyse the modalities of thermal exchange of the heat sink. The results obtained were subsequently compared with the heat sink properties provided by the manufacturer. The main objective of the work is that of providing a methodology that blends the use of thermographic and simulation techniques with finite elements, in order to render the development of a theo- retical–experimental correlation possible for any physical condition and geometrical configuration taken intoconsideration. This methodology is confirmed in the field of technological development of electrical components, where at each stage of the planning process exists a marked intertwining of computing, electronics, mechanics and heat transmission.

Nei vari campi di utilizzo dei componenti elettronici, il problema della dissipazione del calore generato, a causa dell’assorbimento di energia elettrica, assume grande interesse e merita uno studio approfondito. In condizioni stazionarie, la potenza termica generata può eguagliare quella elettrica assorbita e portare ad una alterazione delle caratteristiche fisiche dei componenti elettronici compromettendo le loro prestazioni e corretto funzionamento. Una delle soluzioni adottate più di frequente consiste nell’applicazione sulla superficie del componente da raffreddare, di un dissipatore. Per analizzare le modalità di scambio termico del dissipatore, sono state condotte prove sperimentali utilizzando una termocamera ad infrarossi, una centralina climatica per la registrazione delle condizioni termoigrometriche dell’ambiente esterno e un software agli elementi finiti (ProENGINEER) per la simulazione del comportamento termico del dissipatore. I risultati ottenuti dalle prove, sono stati in seguito confrontati con le caratteristiche del dissipatore fornite dal costruttore. Lo scopo principale del lavoro è quello di fornire una metodologia che coniughi l’utilizzo di tecniche termografiche e di simulazione agli elementi finiti, per rendere possibile lo sviluppo di una correlazione teorico-sperimentale per qualunque condizione fisica e configurazione geometrica si prenda in considerazione. Questa metodologia ha un forte riscontro nel campo dello sviluppo tecnologico dei componenti elettronici, dove in ogni ambito del processo di progettazione esiste da tempo un forte intreccio tra l’informatica, l’elettronica, la meccanica e la trasmissione del calore.

Theoretical and experimental analysis of the performances of a heat sink with vertical orientation in natural convection

CUCUMO, Mario Antonio;FERRARO, VITTORIO;KALIAKATSOS, Dimitrios;
2017-01-01

Abstract

In the various areas in which electrical com- ponents are used, the problem of heat dissipation generated due to the absorption of electrical energy assumes great interest and is worthy of an in-depth study. In steady state conditions, the thermal power generated can equal the electrical power absorbed and leads to an alteration in the physical properties of electrical components compromising their performance and correct functioning. One of the most frequently adopted solutions consists in the application of a heat sink on the surface to be cooled. Experimental tests were conducted using an infrared thermal camera, an internal climate control unit for the recording of the thermo hygrometric conditions of the environment and a finite element software (ProENGINEER) to simulate the thermal behaviour of the heat sink in order to analyse the modalities of thermal exchange of the heat sink. The results obtained were subsequently compared with the heat sink properties provided by the manufacturer. The main objective of the work is that of providing a methodology that blends the use of thermographic and simulation techniques with finite elements, in order to render the development of a theo- retical–experimental correlation possible for any physical condition and geometrical configuration taken intoconsideration. This methodology is confirmed in the field of technological development of electrical components, where at each stage of the planning process exists a marked intertwining of computing, electronics, mechanics and heat transmission.
2017
Nei vari campi di utilizzo dei componenti elettronici, il problema della dissipazione del calore generato, a causa dell’assorbimento di energia elettrica, assume grande interesse e merita uno studio approfondito. In condizioni stazionarie, la potenza termica generata può eguagliare quella elettrica assorbita e portare ad una alterazione delle caratteristiche fisiche dei componenti elettronici compromettendo le loro prestazioni e corretto funzionamento. Una delle soluzioni adottate più di frequente consiste nell’applicazione sulla superficie del componente da raffreddare, di un dissipatore. Per analizzare le modalità di scambio termico del dissipatore, sono state condotte prove sperimentali utilizzando una termocamera ad infrarossi, una centralina climatica per la registrazione delle condizioni termoigrometriche dell’ambiente esterno e un software agli elementi finiti (ProENGINEER) per la simulazione del comportamento termico del dissipatore. I risultati ottenuti dalle prove, sono stati in seguito confrontati con le caratteristiche del dissipatore fornite dal costruttore. Lo scopo principale del lavoro è quello di fornire una metodologia che coniughi l’utilizzo di tecniche termografiche e di simulazione agli elementi finiti, per rendere possibile lo sviluppo di una correlazione teorico-sperimentale per qualunque condizione fisica e configurazione geometrica si prenda in considerazione. Questa metodologia ha un forte riscontro nel campo dello sviluppo tecnologico dei componenti elettronici, dove in ogni ambito del processo di progettazione esiste da tempo un forte intreccio tra l’informatica, l’elettronica, la meccanica e la trasmissione del calore.
experimental analysis; heat sink; vertical orientation
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.11770/139923
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