Resumen:
The continuous increases in transistor density in modern processors has led to higher heat generation and more demanding thermal management requirements. Liquid-cooled heat sinks offer a solution; however, their experimental evaluation requires controlled heat flux conditions. Direct heat flux sensors are often and can disturb the flow.
This work presents the design and experimental validation of a test bench for thermal performance characterization of liquid-cooled heat sinks without the use of commercial processors or intrusive sensors. Numerical simulation was first used to optimize the heat sink design and to guide the development of the experimental setup. The test bench enables controlled heat input while preserving an undisturbed flow field. Surface heat flux is estimated using an inverse heat conduction methodology applied to internal temperature measurements acquired through a data acquisition system.
The experimental setup employs a 250 W electrical cartridge heater inserted into a copper block to replicate the thermal footprint an AMD TR4 processor. Experimental results are compared with numerical predictions and a one-dimensional theoretical heat conduction model. The measured heat flux deviates from the simulated and theoretical values by less than 1%, confirming the accuracy and reliability of the proposed test bench for liquid-cooled heat sink evaluation.
Keywords: Heat Transfer, Thermal Numerical Simulation, Thermal Management, Thermal Performance Measurement
Descripción:
El aumento continuo en la densidad de transistores en los procesadores modernos ha incrementado la generación de calor, imponiendo mayores exigencias a los sistemas de gestión térmica. Los disipadores de calor refrigerados por líquido son una solución; sin embargo, su evaluación experimental requiere condiciones de flujo de calor controladas, ya que los sensores directos suelen ser intrusivos y perturban el campo de flujo.
Este trabajo presenta el diseño y la validación experimental de un banco de pruebas para la caracterización térmica de disipadores de calor refrigerados por líquido. Se empleó simulación numérica para apoyar el diseño y definir el montaje experimental. El banco de pruebas permite aplicar un suministro de calor controlado, manteniendo un flujo no perturbado, mientras que el flujo de calor se estima mediante una metodología de conducción inversa de calor basada en mediciones internas de temperatura.
El sistema experimental utiliza un cartucho calefactor eléctrico de 250 W insertado en un bloque de cobre para reproducir la huella térmica de un procesador AMD TR4. Los resultados experimentales muestran desviaciones inferiores al 1 % respecto a las predicciones numéricas y a un modelo teórico de conducción de calor unidimensional, confirmando la precisión y confiabilidad del banco de pruebas propuesto
