Investigation of Microchannel Cooling for Silicon Detectors for HEP and PS Applications

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, die experimentelle Infrastruktur zur Untersuchung des strömungsmechanischen und thermischen Verhaltens von Mikrokanal-Kühlsystemen wieder in Betrieb zu nehmen sowie auszubauen. Auf dieser Grundlage wurde ein neuartiges Mikrokanaldesign charakterisiert. Zusätzlich wurde ein kombinierter theoretischer und numerischer Ansatz entwickelt, um das beobachtete Strömungs- und Wärmeübertragungs-verhalten zu interpretieren. Die Ergebnisse zeigen, dass das Systemverhalten durch eine ungleichmäßige Verteilung der Kühlflüssigkeit geprägt ist, was sich wesentlich auf das thermische Verhalten auswirkt. Zudem konnte die Geometrie des Einlassverteilers als entscheidender Einflussfaktor auf Strömung und Wärme-übertragung identifiziert werden. Insgesamt wurde ein kombinierter analytischer, numerischer und experi-menteller Ansatz etabliert, der eine systematische Analyse sowie eine gezielte Optimierung von Mikrokanal-Kühlsystemen ermöglicht.

The aim of this work was to recommission and expand the experimental infrastructure for investigating the fluid-dynamic and thermal behaviour of microchannel cooling systems. This infrastructure was subsequently used to characterise a novel microchannel design. In addition, a combined theoretical and numerical approach was developed to interpret the observed fluid-dynamic and heat transfer behaviour. The results show that the system behaviour is characterised by a non-uniform distribution of the coolant, which has a significant impact on the thermal characteristics. Furthermore, the geometry of the inlet manifold was identified as a key factor in flow and heat transfer. Overall, a combined analytical, numerical and experimental approach has been established, enabling systematic analysis and targeted optimisation of microchannel cooling systems.