Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Konvertering från luft till vätskekylning av elektronik
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2009 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Conversion from air to liquid cooling of electronics (English)
Abstract [en]

A Swedish electronics company wants to make the cooling of one of their electronic components more efficient. They propose that a retrofit liquid cooler is the way to achieve this goal. The current air cooling has high energy cost due to the high amount of power needed to power fans and heat exchangers. Using high volumes of air for cooling also leads to noise pollution. The conversion from air to liquid cooling would possibly make the operation of the electronics more cost efficient and less noisy.

The purpose of this project is to theoretically evaluate different concepts of drawing the heat generated by the electronic component in to a fluid, using numerical calculations in Matlab and FEM simulations in ANSYS. Then using the evaluation as a base to design and construct a working prototype. This thesis will not include what happens to the liquid out side of the cooler i.e. pump performance and possible cooling of the liquid.

Four concepts were generated. And to theoretically estimate the thermal flow in different concept configurations a division of the problem was made, specifically looking at the temperature drop between different parts of the construction as the heat moves from the electronics to the fluid. The maximum effect that the retrofit equipment will lead away is 200W and the air heat sink may maximally reach a temperature of 65°C. Together with the contact person at the electronics company a slot over concept was chosen for the prototype.

The numerical calculations and the simulations show that in this application fourteen pipes would give the required performance and even gives the possibility of increased performance. Fourteen pipes mean a small temperature drop over the TIM even if low end thermal grease is used. Aluminum is chosen as construction material. The gable is made from rectangular tubing and the pipes are flat extruded micro tubes. To increase the rigidity of the design a solid plate that goes through the fins is placed on the top and bottom of the cooler. This plate also acts as the end plate of the gable

The simulations and calculations clearly show that it is possible and more efficient to cool the heat sink that is made for air cooling with water. When comparing air and liquid cooling both with a coolant temperature of 55°C the liquid cooling system gives lower maximum heat sink temperature. A conversion would give lower running cost, a reduction of noise and would give the possibility to make use of the heat generated. This study shows that a conversion to liquid cooling is preferred therefore it is recommended that further studies and testing of conversion should be made.

Abstract [sv]

Ett svenskt elektronikföretag vill förbättra kylningen av en av deras elektroniska komponenter. De föreslår att en eftermonterad vätskekylare är ett sätt att uppnå detta mål. Den nuvarande kylningen med fläktar och luftvärmeväxlare är energikrävande. De stora kylluftsvolymerna leder också till buller. En konvertering skulle möjligtvis göra driften mer kostnadseffektiv och mindre bullrig.

Syftet med detta examensarbete är att teoretiskt utvärdera olika sätt att leda bort värmen ifrån den elektriska komponenten in i en vätska. Detta med hjälp av numeriska beräkningar i Matlab och FEM simuleringar i ANSYS. Sedan använda resultatet som en grund för att ta fram en fungerande prototyp. Examensarbetet inkluderar ej hur vätskan skall kylas eller pumpas.

Fyra koncept togs fram. För att teoretiskt uppskatta de termiska flödena i de olika koncepten gjordes en uppdelning av uppgiften. Där temperaturfallen mellan olika delar av konstruktionen undersöktes när värmen rör sig från elektroniken till vätskan. Vätskekylaren skall kunna kyla 200W samt att kylflänsens temperatur ej får överstiga 65°C. Tillsammans med en representant från elektronikförtaget valdes ett koncept för prototypen.

De numeriska uträkningarna tillsammans med simuleringarna visade att fjorton rör ger den eftersträvade prestandan. Fjorton rör ger också ett lågt temperaturfall över det termiska kontakt materialet, även med lågpresterande termiskt fett. Prototypen är gjord av aluminium. Gaveln gjordes av rektangulära rör och rören av platta extruderade mikrorör. För att öka prototypens hållfasthet valdes solida plattor som går igenom flänsen som gavels ändor.

Simuleringarna och uträkningarna visar tydligt att det är mer effektivt att kyla flänsen som är gjord för luft kylning med vätska än med luft. Vid jämförelse mellan luft och vätskekylning då båda har en kylmediumtemperatur på 55°C så ger vätskekylning en lägre maxtemperatur på kylflänsen. En konvertering till vätskekylning skulle ge lägre driftskostnad, lägre ljudnivå och dessutom ge möjligheten att använda förlustvärmen. Denna undersökning har visat att en konvertering till vätskekylning är att fördra och därför rekommenderas testning och fortsatta studier.

Place, publisher, year, edition, pages
2009.
Series
MMK 2009:66 MME 806
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-100007OAI: oai:DiVA.org:kth-100007DiVA: diva2:542676
External cooperation
ÅF,Johan Rössner
Uppsok
Technology
Supervisors
Examiners
Available from: 2012-08-02 Created: 2012-08-02 Last updated: 2012-08-02Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Fritzon,Bodell(2119 kB)195 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2119 kBChecksum SHA-512
def04f5f1e02f2d095743d8b159996c3a100b490b8291995a90edfd10d025c0c6e97f13cc01589694777b2a2033e12667ef65cd29f9078c5d714470ec644ef65
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 195 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 189 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf