شبیه سازی عددی سه‌بُعدی چاه حرارتی دیود لیزر به منظور تخمین اثر تغییر هندسه

Abstract

پژوهش حاضر، با استفاده از شبیه­سازی­ عددی سه­بعدی، عملکرد حرارتی گرماگیر دیود لیزر در حالت­های مختلف پیکربندی ساختمان آن، مورد بررسی قرار گرفت. از حل عددی سه‌بعدی جریان سیال و انتقال حرارت با در نظر گرفتن جابجایی آزاد استفاده شده است. ابتدا به منظور صحت­سنجی، نتایج شبیه­سازی با نتایج تجربی مقایسه شد که مطابقت خوبی داشت. سپس با توجه به الگوی جریان دودکشی، ۸ هندسه در دو ارتفاع پره طراحی شده و هر کدام در سه شار حرارتی ۲۰۰، ۴۰۰ و ۶۰۰وات بر متر مربع مورد ارزیابی قرار گرفت. هدف پژوهش حاضر، یافتن حالتی است که متوسط دمای گرماگیر کمینه شود. نتایج نشان دادند که با ایجاد برش در پره تا ۴۰% ضریب انتقال حرارت متوسط در گرماگیر افزایش می­یابد. همچنین، در پره‌هایی با ارتفاع ۲۱/۳میلی‌متر، پره با دو برش متقارن یکسان و در پره‌هایی با ارتفاع ۳۲/۶میلی‌متر که حجم پره ثابت است و قسمت­های برش خورده پره به دندانه‌های آن افزوده شده است، برای شارهای حرارتی کمتر از ۴۰۰وات بر متر مربع، پره متقارن با دو برش مشابه در قسمت میانی و حجمی معادل حجم پره اولیه، بهترین عملکرد را داشت و برای شارهای حرارتی بیشتر از ۴۰۰وات بر متر مربع، دمای متوسط پره متقارن با یک برش در وسط و حجمی معادل حجم پره اولیه، کمینه شد. ضریب انتقال حرارت متوسط پره، عدد ناسلت متوسط، مقاومت حرارتی پره، دمای متوسط پره، خطوط جریان و خطوط همدما در صفحه پره برای هر حالت مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت.