Exploring Thermal Characteristics of Functionally Graded Nanomaterials for Enhanced Heat Dissipation in Electronic Devices

Abstract

З удосконаленням електронних систем ефективне охолодження стало захоплюючим завданням на теплових майданчиках. Для оптимальних умов роботи електронних систем використовується енергоефективний радіатор. У роботі теплове моделювання виконується на двох різних профілях існуючих радіаторів, які використовуються в процесорі. Було вивчено та порівняно шість різних випадків, а саме природну та примусову конвекцію на круглих і прямокутних радіаторах з FGM (функціонально градуйованими матеріалами) і без них. Звичайний алюмінієвий сплав 6061 і функціонально сортований матеріал AlSi10Mg використовуються для розуміння зміни температури радіатора. шляхом застосування необхідних граничних умов для профілю радіатора. Енергетична модель і метод кінцевого об’єму були використані для дослідження за допомогою програмного забезпечення ANSYS. Порівняно між двома профілями радіатора, видно, що круглий радіатор розсіює більше тепла. З термічного аналізу виявлено, що використання FGM покращить швидкість теплопередачі, а коливання температури становлять 3 ˚C порівняно зі звичайним матеріалом, оскільки FGM є неоднорідним матеріалом, що складається з двох або більше компонент.

With the advancements in electronic systems, efficient cooling has become an exciting task in thermal grounds. For optimum working conditions of electronic systems energy-efficient a heat sink is used. In the present paper, thermal simulation is carried out on two different profiles of existing heat sinks used in the processor. Six different cases were studied and compared namely natural and forced convection on circular and rectangular heat sinks with and without FGM (Functionally Graded Materials.) Conventional material aluminium alloy 6061 and functionally graded material AlSi10Mg are used to understand the variation of temperature of the heat sink by applying the necessary boundary conditions for the heat sink profile. The energy model and finite volume method have been used for investigation using ANSYS software. In comparison between the two heat sink profiles, it is witnessed that the circular heat sink dissipates more heat. From the thermal analysis, it is found that using FGM will improve the heat transfer rate, and the temperature variation is found to be 3˚C in comparison with conventional material because FGM is inhomogeneous materials consisting of two or more materials.