Experimental and numerical investigation of flat plate fins and inline strip fins heat sinks

• William Denner Pires-Fonseca ^[1] ; Carlos Alberto Carrasco-Altemani ^[1]
  1. [1] Universidade Estadual de Campiana
• Localización: Revista Facultad de Ingeniería: Universidad de Antioquia, ISSN-e 2422-2844, ISSN 0120-6230, Nº. 110, 2024, págs. 86-98
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Investigación experimental y numérica de disipadores de calor de aletas continuas y en tiras alineadas
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  • Texto completo
• Resumen
  • español

    Las características de flujo y transferencia de calor de dos disipadores de calor análogos se obtuvieron a partir de experimentos de laboratorio y se compararon entre sí y con simulaciones numéricas. Uno contenía aletas rectas continuas y el otro, aletas de tira en línea, ambas enfriadas por un flujo de aire forzado paralelo a su base. La velocidad promedio del flujo de aire en los canales entre aletas osciló entre 4 y 20 m/s, lo que corresponde a números de Reynolds de 810 a 3800. Las mediciones indicaron que a pesar de su menor área de intercambio de calor, el coeficiente de convección del disipador de calor de las aletas de tira era lo suficientemente grande como para obtener una resistencia térmica menor que la de las aletas continuas. Se realizaron simulaciones numéricas para comparar sus resultados con los experimentos. Se utilizaron dos tratamientos distintos para las aletas: uno consideró aletas sin espesor, isotérmicas con la temperatura base de las aletas. El otro consideró el grosor de las aletas y un perfecto contacto térmico con la base del disipador de calor. Los resultados de la simulación del número de Nusselt para las aletas continuas coincidieron en un 3% con las medidas, pero se observaron desviaciones mayores para el disipador de calor de las aletas en tira.

  • English

    The flow and heat transfer characteristics of two analogous heat sinks were obtained from laboratory experiments and compared to each other and to numerical simulations. One contained continuous straight fins, and the other inline strip fins, both cooled by forced airflow parallel to their base. The average airflow velocity in the interfin channels ranged from 4 to 20 m/s, corresponding to Reynolds numbers from 810 to 3,800. The measurements indicated that despite its smaller heat exchange area, the strip fins heat sink convective coefficient was larger enough to obtain a thermal resistance smaller than that of the continuous fins. Numerical simulations were performed to compare their results with the experiments. Two distinct fin treatments were used: one considered fins with no thickness, isothermal with the fins base temperature. The other considered the fins thickness and perfect thermal contact with the heat sink base. The Nusselt number simulation results for the continuous fins agreed within 3% with the measurements, but larger deviations were observed for the strip fins heat sink.