열유체시스템설계- termproject 설계제출

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열유체시스템설계- termproject 설계제출에 대한 보고서 자료입니다.

목차

※ 공냉식 CPU쿨러 설계
1. 설계 목적 - PC냉각용 열교환기의 필요성
2. 문제정의
3. 설계를 위한 가정 설정
4. 히트 파이프 개념
5. 열교환기 형식 설정
6. CPU – 구리 방열판의 설계
7. 열교환기의 입구 온도 알아내기
8. 열교환기 재료 선정
9. 오염계수
10. Design Analysis - 열교환기 해석(유용도-NTU)
11. 열교환기 제원(Specification)
12. 열교환기 설치방법
13. 기타 고려사항

본문내용

열교환기의 크기를 결정하는 것은 신중히 다뤄야 한다. 왜냐하면 H.E의 크기가 커지면 다른 하드웨어간 공간적 배치에 어려움이 생길수도 있고 방출되는 열의 흐름에 방해가 될 수도 있기 때문이다. 그래서 우리는 두 유체가 서로 섞이지 않으면서 접촉하는 면적을 늘릴 수 있는 면적 집적도가 높은 Corrugated형 열교환기 형식을 선택하게 되었다.
(7) 방열판의 형상
골판지에서 착안한 굴곡진 방열판의 형태
최종 완성된 방열판의 모습
(8) Design Analysis CPU 발열량 120W이라고 가정.
주변 평균온도 25℃ 로 계산
공기의 물성치 : k = 0.02551 W/m·℃
Pr = 0.7296
v = 1.562×10-5 m2/s
선정 Fan의 체적유량
Af = 평판을 통과하는 Fan에서의 단면적
Fan 통과하는 유속
Reynolds 수
Nusselt 수
As는 굴곡진 평판의 총 단면적
Q는 열교환기를 장착함으로서 제거하는 발열량
이 계산은 CPU 온도가 80℃ 이고 주변온도가 25℃인 대기 중에 열교환을 함으로써 Fin 효율이 100%이며 열교환기 효율 역시 100%일 때 최대의 열전달량(Qmax)을 계산 한 것이다.
CPU온도가 60℃(T=35℃) 일 때의 열전달량은 339.318W로 정상 작동 구간에서의 열전달량 역시 처음 설계조건인 120W보다 높은 열전달량을 보여주고 있다.
∴ 설계한 열교환기는 앞서 계획한 설계조건을 모두 만족시키는 결과를 도출해 낼 수 있다고 판단됨.
(9) Specification of Designed H.E >
재질
Aluminum Fin / Copper Heat Pipes
Fin 치수
134 mm(W) × 60mm(D) 45장
Fin 두께
0.4 mm
Fin 간격
2 mm
Heat Pipes
8mm × 4 개
Fan 유량
68.6 CFM 1800 RPM
Fan 치수
120mm(W) × 120mm(H) × 25mm(D)
무게
Heatsink with Fan 750g
열교환기 치수
134 mm(W) × 85mm(D) × 160mm(H)
(10) 기타 고려사항
위에서 설계한 열교환기의 효율을 높이려면 어떻게 해야 할까? 그것들을 적어 나름대로 고심한 후 해결책을 찾아보았다.
첫 번째) Fin 수량을 늘려서 단면적 더 넓힌다.
두 번째) Fan 을 하나 더 달아서 유동을 더 잘 되게 한다.
세 번째) Fin 효율 늘리기 위해서 알루미늄 Fin을 구리 Fin으로 교체한다.Heat sink도 마찬가지로 알루미늄에서 구리로 교체한다.
네 번째) 열 전도성이 더 높은 Thermal 그리스를 사용하여 CPU와 열교환기를 연결한다.
다섯 번째) PC 내부 온도 증가를 방지하기 위해 내부의 상승한 공기를 밖으로 잘 배출해 줄 Fan을 설치하여 내부 공기 유동을 증가 시킨다.
여섯 번째) Fin 형상을 골판지 형태나 딤플을 넣어주어 내부 유동을 난류로 바꾸어 주거나 같은 치수 내에서 단면적을 늘려준다.
일곱 번째) Fin의 옆면을 막아 평판유동이 아닌 관류유동화 시켜 난류 발생을 촉진시킨다.
(11) 느낀점
한 학기 동안 열유체 시스템설계 과목을 들으면서 많은 것을 배운 것 같다. 내가 쓰고 있는 모든 전자 제품에는 열 교환기가 들어있다. 매일 컴퓨터를 쓰지만 그 속의 열교환기에 대해서는 관심이 없었다. 이번에 Term Project를 진행하면서 열교환기의 원리, 설계 방법을 배우면서 흥미롭기도 했지만 어떠한 장치나 기계를 설계하는 것이 절대 만만치 않다는 것을 또다시 새삼 느낄 수 있었다. 기본 지식과 이론만 공부하여 많이 부족하지만 나 자신이 직접 배워서 설계를 했다는 것에 자부심을 느낀다. 앞으로 사회에 나아가 열교환기란 장치를 전문적으로 설계 할 날이 올지도 모르는 일이다. 그런 측면에서 열유체 시스템설계 과목, Term Project가 상당히 많은 도움이 된 것 같다. 무엇보다도 열교환기에 아무런 흥미도 없던 내가 사용하고 있는 전자제품, 그 속에 있는 열교환기를 다시 한번 돌아보고 흥미를 가지게 된 것 모두 Term Project 때문이다. 처음에는 막막하고 어려웠지만 이제는 누가 열교환기에 대해서 물어보면 원리, 작동방법 등을 설명 해 줄 수 있을 것 같다.
열교환기가 어떤 역할을 하는지, 어떤 원리로 작동을 하는지는 지난 기계공학 과제를 통해서 컴퓨터용 열교환기 설계를 통해 한번 진행을 해본 경험으로 남들보다 조금은 쉽게 다가갈 수 있었다고 생각한다. 그럼에도 불구하고 기계과를 다니고 있지만 배운 것을 토대로 해서 설계를 한다는 것은 아직까지 많은 어려움을 느낀다. Term Project를 진행하면서 우리 주변에 수 없이 많은 장치를 설계하는데도 수많은 조건과 가정 등이 들어가고 그것들 중 하나가 잘못되더라도 결과 값이 크게 달라질 수 있다는 것을 다시 깨닫게 된 기회였다고 생각된다. 아직 많이 부족하지만 Term Project를 하면서 열교환기를 직접 설계해보니, 시중에 나온 열교환기도 이와 비슷한 방법으로 설계된다는 생각에 열교환기에 대한 깊은 지식을 많이 배운 것 같아서 너무 나도 뜻 깊은 시간이었다. 또한 Term Project를 진행하면서 이론과 실제와의 차이점과 열 전달율과 같은 현실적인 문제와 접하다보니 어떠한 장치나 기계를 설계하는 것이 절대 만만치 않다는 것을 또 다시 새삼 느낄 수 있었다. 기회다 된다면 내가 직접 설계한 열교환기를 만들어서 실생활에 사용해보고 싶다.
(12) 참고문헌
Heat Transfer a Practical Approach 2nd Edition
- Yunus A. Cengel, Mc Graw-Hill, Korea, 2003
Thermodynamics An Engineering Approach 5th Edition
- Yunus A. Cengel, Michael A. Boles, Mc Graw-Hill, Korea, 2007
Basic Heat and Mass Transfer 2nd Edition
- A. F miles, Pearson education, Korea, 2003
www.zalman.co.kr
www.khpt.co.kr
www.parkoz.com
www.coolenjoy.net

키워드

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