솔리드웍스를 통한 설계-해석-제조 솔루션 소개 (12)

이번 호에서는 솔리드웍스 플로 시뮬레이션(SOLIDWORKS Flow Simulation)의 유동해석 툴을 사용하여, 그래픽 카드의 냉각 방식인 팬을 사용한 공랭식과 워터펌프를 사용하는 수랭식 중 어느 방식이 더 효율적인지 비교 분석해 보고자 한다.

■ 황동순
이메일 | dshwang@swmaven.co.kr
홈페이지 | www.swmaven.co.kr
메이븐 기술지원팀에 소속되어 있으며 솔리드웍스 CAD와 CAE 제품에 대한 기술지원과 교육을 담당하고 있다.

컴퓨터 하드웨어의 발열에 따른 냉각장치의 성능은 오래 전부터 연구되어 온 과제였다. 특히 CPU의 경우 발열 온도가 워낙 높아 기존의 냉각 방식인 팬(fan)을 사용한 공랭식에서 워터펌프를 사용하는 수랭식까지 다양한 방식의 냉각 방식이 적용되었다. 최근에는 고사양의 데스크톱 PC가 많이 대중화되어 수랭식 CPU 냉각장치를 쉽게 접할 수 있는 상황이다.
그래픽 카드의 경우 CPU만큼 발열이 발생되는 반면에 공랭식, 즉 팬을 사용한 냉각방식만 주로 사용되어 왔다. 그런데 최근 들어 비트코인 채굴, AR(Augmented Reality), VR(Virtual Reality), 고사양 게임 등과 같이 그래픽 카드의 부하를 크게 일으키는 프로그램 사용이 증가하여, 그래픽 카드의 발열 온도 상승에 따른 냉각장치 성능 향상이 점점 더 요구되고 있다.
이번 호에서는 최근 이슈가 되고 있는 그래픽 카드의 냉각 방식 두 가지, 팬을 사용한 공랭식과 워터펌프를 사용하는 수랭식 중 어느 방식이 더 효율적인지 솔리드웍스 플로 시뮬레이션(SOLIDWORKS Flow Simulation)의 유동해석 솔루션을 사용하여 비교 분석한다.

1. 해석 모델
해석에 사용된 모델은 M사의 GTX 그래픽 카드 형상을 참고하였으며, 모델은 원활한 해석을 위하여 단순화하였다. 내부 파트는 최대한 유지하였으며 주요 발열 발생 부위인 칩셋(Chipset) 부분은 얇은 판 형태의 육면체로 모델링하여 중심부에 배치하였다.
 

그림 1. PCB 모델링

공랭식 그래픽 카드의 경우 기존 모델 형상을 최대한 유지하는 선에서 모델링하였으며, 팬 형상은 솔리드웍스 플로 시뮬레이션이 제공하는 팬 라이브러리 기능을 활용하기 위해 날개(blade) 형상이 아닌 원통형으로 단순화하여 모델링하였다. 해당 팬 라이브러리 기능에 대해서는 경계조건을 입력할 때 좀 더 자세히 다룬다.
 

그림 2. 공랭식 그래픽 카드 모델