Riassunto analitico
La crescente domanda di soluzioni di raffreddamento efficienti per applicazioni elettroniche ha portato all'attenzione il design e l'ottimizzazione dei liquid cold plate. Questi svolgono un ruolo cruciale nel mantenere temperature ottimali per componenti elettronici ad alta densità di potenza, migliorando le prestazioni e prolungando la durata dei dispositivi. Questo studio, in collaborazione con l'azienda Cooltech, si propone di esplorare un approccio sistematico per il design di un liquid cold plate, concentrandosi sulle caratteristiche prestazionali realizzate mediante differenti geometrie interne utilizzando il Design of Experiments (DoE). Partendo dai requisiti progettuali forniti da Cooltech, l'obiettivo principale è progettare un liquid cold plate ottimizzato in grado di garantire un raffreddamento efficace per l'applicazione specifica. Tuttavia, oltre alla progettazione pratica del cold plate, l'obiettivo è anche esplorare come le variabili geometriche dei canali interni del dispositivo di raffreddamento influenzino le prestazioni di raffreddamento complessive. Il processo di progettazione è stato suddiviso in diverse fasi. Innanzitutto, sono state identificate le variabili geometriche chiave che potrebbero influenzare le prestazioni di raffreddamento, come la forma e le dimensioni dei canali, il layout dei fluidi, e la distribuzione del flusso. Successivamente, sono stati sviluppati modelli computazionali per simulare il comportamento termico e fluidodinamico del cold plate al variare di tali fattori. Per esplorare l'ampio spettro di possibili configurazioni geometriche, è stato utilizzato un approccio sistematico basato su Design of Experiments (DoE). Questo ha permesso di generare un set rappresentativo di configurazioni sperimentali, riducendo al contempo il numero di test necessari. Le configurazioni sono state selezionate in modo da coprire una vasta gamma di condizioni operative e di design, garantendo una comprensione completa delle relazioni tra le variabili di input e le prestazioni del cold plate. Sono state misurate e analizzate varie metriche di performance, tra cui la temperatura massima raggiunta dai componenti elettronici, la resistenza termica del cold plate e l'uniformità del flusso di refrigerante. I risultati ottenuti sono stati analizzati per identificare le configurazioni ottimali in termini di prestazioni di raffreddamento e altre considerazioni di design, come la complessità costruttiva e la facilità di produzione. Inoltre, sono state esaminate le relazioni tra le variabili geometriche e le prestazioni del cold plate al fine di ottenere una comprensione approfondita dei fattori che influenzano il raffreddamento. In conclusione, questo studio ha dimostrato l'efficacia di un approccio sistematico basato su DoE nel design e ottimizzazione di liquid cold plate. I risultati ottenuti forniscono una guida preziosa per la progettazione di dispositivi di raffreddamento efficienti e personalizzati per una vasta gamma di applicazioni elettroniche.
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Abstract
The increasing demand for efficient cooling solutions for electronic applications has brought attention to the design and optimization of liquid cold plates. These devices play a crucial role in maintaining optimal temperatures for high-power electronic components, improving performance, and prolonging device lifespan. This study aims to explore a systematic approach to liquid cold plate design, focusing on internal geometries, through the use of Design of Experiments (DoE), in collaboration with Cooltech.
Starting from the design requirements provided by Cooltech, the main objective is to design an optimized liquid cold plate capable of providing effective cooling for the specific application. However, in addition to the practical design of the cold plate, the aim is also to explore how geometric variables influence overall cooling performance.
The design process was divided into several phases. Firstly, key geometric variables that could influence cooling performance were identified, such as channel shape and dimensions, fluid layout, and flow distribution. Subsequently, computational models were developed to simulate the thermal and fluid dynamic behavior of the cold plate varying these variables.
To explore the wide range of possible geometric configurations, a systematic approach based on Design of Experiments (DoE) was used. This allowed generating a representative set of experimental configurations, while reducing the number of tests required. Configurations were selected to cover a wide range of operating and design conditions, ensuring a comprehensive understanding of the relationships between input variables and cold plate performance.
Through a series of experimental tests and numerical simulations, the effectiveness of each configuration in providing adequate cooling for the specific application was evaluated. Various performance metrics were measured and analyzed, including maximum temperature reached by electronic components, thermal resistance of the cold plate, and refrigerant flow uniformity.
The results were analyzed to identify optimal configurations in terms of cooling performance and other design considerations, such as construction complexity and ease of production. Furthermore, relationships between geometric variables and cold plate performance were examined to gain a deeper understanding of factors influencing cooling.
In conclusion, this study demonstrated the effectiveness of a systematic approach based on DoE in designing and optimizing liquid cold plates. The results provide valuable guidance for designing efficient and customized cooling devices for a wide range of electronic applications.
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