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Dynamic phase change materials with extended surfaces

热导率 传热 相变材料 计算机冷却 材料科学 石蜡 热力学 强化传热 潜热 复合材料 热的 热阻 传热系数 物理 机械工程 电子设备和系统的热管理 工程类
作者
Robert A. Stavins,Soonwook Kim,Amari Meddling,Vivek S. Garimella,Elad Koronio,Tomer Shockner,G. Ziskind,Nenad Miljkovic,William P. King
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:125 (6) 被引量:11
标识
DOI:10.1063/5.0217531
摘要

Phase change materials (PCMs) present opportunities for efficient thermal management due to their high latent heat of melting. However, a fundamental challenge for PCM cooling is the presence of a growing liquid layer of relatively low thermal conductivity melted PCM that limits heat transfer. Dynamic phase change material (dynPCM) uses an applied pressure to pump away the melt layer and achieve a thin liquid layer, ensuring high heat transfer for extended periods. This paper investigates heat transfer during dynPCM cooling when the heated surface has extended features made from high thermal conductivity copper (Cu). Using experiments and finite element simulations, we investigate the heat transfer performance of dynPCM paraffin wax on finned Cu surfaces. A total of 102 transient temperature measurements characterize the performance of dynPCM with extended surfaces and compare the performance with other cooling methods including hybrid PCM and air cooling. The study examines the effects of fin geometry, applied power (20–65 W), and pressure (0.97–12.5 kPa). For dynPCM on a finned surface and a heating power of 65 W, the thermal conductance is 0.45 W/cm2-K, compared to 0.22 W/cm2-K for dynPCM on a flat surface and 0.10 W/cm2-K for hybrid PCM. The heat transfer is highest at the fin tips where the melt layer is thinnest, providing valuable design guidelines for future high performance dynPCM cooling technologies.
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