냉각 공기의 유입각도에 따른 전자 장비 냉각에 관한 연구

방열판과 팬을 이용한 CPU 냉각은 냉각제로서 공기를 사용하는데 따른 접근 용이성과 냉각 효율에 대한 가격의 저렴성으로 인해 널리 쓰이고 있다(1). 방열판의 냉각 성능에 대한 연구는 방열판의 특성, 채널 유동에서의 채널의 높이, 자연 대류와 강제대류의 효과 그리고 냉각 공기의 충돌에 의한 방열판의 열전달 효과에 대해 주로 이루어졌다(2-3). 일반적으로 방열판과 팬을 이용한 CPU 냉각에서는 자연대류와 강제대류가 함께 존재하며 방열판 형상의 특성으로 인해 방열판 하부에서의 자연대류와 강제대류는 상호 상쇄되는 방향성을 갖는다. 따라서 본 연구에서는 방열판의 형상 변화를 통해 냉각 공기의 유입 각도를 0～25°까지 변화시켜 강제대류가 자연대류의 흐름을 촉진시키도록 하였다. 전산해석 결과 수직?수평 방열판에서 =15° 일 때 최대의 냉각 효과가 나타났으며 가 15°를 초과하면 CPU Core 중심 온도는 다시 상승하였고 수평 방열판보다 수직 방열판의 냉각 효과가 더 우수하였다. 냉각 공기의 유입 각도를 변화시키지 않은 모델과 비교했을 때 CPU Core 중심에서 약 9%의 온도 저감 효과가 나타났다. 방열판으로 유입되는 냉각 공기의 각도가 =15°까지 증가하게 되면 강제대류가 자연대류의 흐름을 촉진시킬 뿐 아니라 방열판 중앙 단면으로 유입되는 평균 유량 또한 증가하게 된다. 그러나 냉각 공기의 유입 각도가 =15°를 초과하게 되면 지나친 유입 각도에 따른 Nu수의 감소(4)가 강제대류가 자연대류의 흐름을 촉진시키는 영향보다 커지게 되므로 냉각 효과가 감소한 것으로 판단된다.