Numerical and Thermal analysis of Turbulent Flow around an Electronic Component

Abstract

This numerical study examines how V-shaped groove modifications improve turbulent airflow and heat transfer around a 75°C electronic component using computational fluid dynamics simulations with ANSYS Fluent and SST turbulence model validation. Two groove configurations (internal and external) were tested systematically at different depths (P=0.05- 0.2) and Reynolds numbers (Rej=1705-5115, Rein =3410-8880). External V-shaped grooves with maximum depth (P=0.2) better than regular and internal configurations in terms of heat dissipation, enhanced convective mechanisms, improved flow mixing, and reduced thermal wake formation, establishing outside geometric modifications as efficient solutions for highperformance electronic thermal management applications. Key words: Electronic cooling, V-shaped grooves, CFD, turbulent flow, Reynolds number, SST model x Résumé Cette recherche numérique analyse l'amélioration de l'écoulement d'air turbulent et du transfert thermique autour d'un dispositif électronique à 75°C grâce à des modifications de rainures en forme de V, en utilisant des simulations de dynamique des fluides numériques avec ANSYS Fluent et la validation du modèle SST. Deux configurations de rainures (interne et externe) ont été constamment examinées en fonction de diverses profondeurs (P=0.05-0.2) et nombres de Reynolds (Rej=1705-5115, Rein=3410-8880). Les analyses indiquent que les profils externes en forme de V avec profondeur maximale (P=0.2) présentent une meilleure performance thermique, atteignant une dissipation de chaleur optimale grâce à des procédés convectifs optimisés, un flux amélioré et une réduction du sillage thermique par rapport aux configurations internes et régulières, prouvant l'efficacité des adaptations géométriques externes pour les applications thermiques de haute performance. Mots-clés : Refroidissement électronique, rainures en forme de V, CFD, écoulement turbulent, nombre de Reynolds, modèle SST xi الملخص تتناول هذه الدراسة العددية تحسين التدفق الهوائي المضطرب ونقل الحرارة حول مكون إلكتروني بدرجة حرارة °75م باستخدام تعديلات الأخاديد على شكل V من خلال محاكاة ديناميكا الموائع الحاسوبية مع Fluent ANSYS ونموذج الاضطراب .SST تم تقييم تكوينين للأخاديد (داخلي وخارجي) بصورة منهجية عبر أعماق مختلفة (0.05-0.2=P (وأرقام رينولدز .(3410-8880=Rein 1705-5115,=Rej (تظهر النتائج أن الأخاديد الخارجية على شكل V بأقصى عمق (0.2=P(توفر أداءً حرارياً متفوقا،ً محققة تبديد حراري مثالي من خلال آليات حمل محسنة، وخلط تدفق محسن، وتشكيل أثر حراري مخفض مقارنة بالتكوينات العادية والداخلية، مما يؤسس التعديلات الهندسية الخارجية كحلول فعالة لتطبيقات الإدارة الحرارية الإلكترونية عالية الأداء. الكلمات المفتاحية :التبريد الإلكتروني، أخاديد على شكلV ، ديناميكا الموائع الحاسوبية ، التدفق المضطرب، رقم رينولد، نموذجSST