散熱器(肋片)研究報告

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1、研究總結(jié)報告散熱器（肋片）仿真總結(jié)一、研究內(nèi)容散熱器設計是決定散熱器效能的最重要因素，從散熱的過程來看，分為吸熱、導熱、散熱三個步驟。熱量從芯片中產(chǎn)生，散熱器與芯片接觸端要及時吸取熱量,之后傳遞到散熱片上或其它介質(zhì)當屮，最后再將熱量發(fā)散至環(huán)境當屮。因此，散熱器設計應從這三個步驟入手，分別將吸熱、導熱、散熱的性能提升，才能獲得較好的整體散熱效果。常見的肋片形式有以下幾種：平行矩形直肋、平行矩形針肋、交錯短形針肋、平行圓柱針肋、交錯圓形針肋。他們的適用場合、生產(chǎn)工藝、散熱性能各不相同,木文就常見強迫風冷散熱形式建模，仿真分析以上兒種肋片形式散熱器的散熱性能。肋片

2、尺寸直接約束著肋片的散熱性能，其影響可以在肋片傳熱的近似解小看到。圖1是常見的矩形等截面直肋的形狀尺寸示意圖。圖1矩形直肋形狀尺寸示意圖設溫度在與兀軸垂直的截而上均勻分布，即只是兀的函數(shù)，肋片導熱系數(shù)為k,肋表而對周圍流體的換熱系數(shù)為力，周圍流體溫度為S肋根溫度為心截而不變（等截面面積心和周長U為常數(shù)），肋厚為U肋厚為洪把肋片的某一微元體必視為穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，設單位時間導入、導出微元段的熱量為Qx和Qx+dx,微元段向周圍介質(zhì)的對流換熱熱量為Qc,根據(jù)能量守恒原理，其熱平衡關(guān)系為根據(jù)文獻［26］中的推導，可得到肋片的肋效率為%譽仏(加)也/)""hUlO{}ml(

3、1-2)設肋片表面積為Al,兩肋之間的平壁面積為A2,則肋片總換熱面積Ah為(1-3)兩肋Z間平壁溫度為to,肋片表面溫度為什(仍假設沿肋橫截而的溫度均勻分布，但沿肋X方向什不是常數(shù))，則肋片表而的對流換熱熱流量為O=hA}(/0-1f)+Jh(Jt-t{))dA2-hA}(/0-1f)+hA2(/z-t(1-4)式中，力為肋表面的平均溫度。根據(jù)肋效率的定義，可用肋效率表示成hA何［一(1-5)耳f=—z—脳2(‘0一'/)于是式錯誤！未找到引用源?？勺?yōu)棰?力(4+力2〃/)仏一//)(1-6)肋片的數(shù)量主要是影響肋片與地面的接觸面積和類間距兩方面，從而改

4、變散熱器的散熱性能，增加肋片數(shù)量，會增大肋片與底面的接觸面積，但同時會減小肋間距，所以這一矛盾的存在預示著肋片數(shù)口存在著一個最佳數(shù)口值，這個值使散熱器的散熱效率達到最高。而散熱器的材料也會影響散熱器的散熱性能，木文選取多種散熱材料進行仿真，以總結(jié)材料對散熱其散熱性能的影響。主要研究變量：形狀，肋高、肋厚、肋間距，肋片數(shù)量，材料。二、研究過程1、仿真模型建立本文分兩種建模級別來仿真風扇與散熱器的散熱過程，分別是系統(tǒng)級與板級，經(jīng)仿真計算后，將兩種建模級別的仿真結(jié)呆進行對比，分析得出散熱器工作的相關(guān)規(guī)律。系統(tǒng)級的建模如圖2所示，這是一個機頂盒的模型，在模型屮有兩塊

5、PCB板，英上而的元件以及電源是系統(tǒng)屮主要的熱量來源，在位于下方的PCB板上的主要發(fā)熱元件Comp上添加了鋁材料的平行直肋散熱器，并且配套地添加了軸流風扇，將氣流從機箱內(nèi)部源源不斷地抽到機箱外部，在研究屮主要研究的變量集中在風扇與散熱器之上。電源PCB板匸作平臺軸流風扇散熱器與熱源芯片Comp圖2系統(tǒng)級仿貞?模型整個機箱模型在分網(wǎng)后網(wǎng)格數(shù)量控制在70000左右，展弦比控制在20以內(nèi),能夠得到較好的具有網(wǎng)格獨立性的仿真結(jié)果。圖3是分網(wǎng)之后機頂盒模型的俯視圖。圖3分網(wǎng)后的系統(tǒng)級模型俯視圖精簡模型如圖4所示，板級的建模卄常簡單，用于更加針對地得到風扇與散熱器的散熱

6、仿真結(jié)果。得到的仿真結(jié)果可以與系統(tǒng)級屮的仿真結(jié)果參照對比。模型表征的是一個軸流風扇與平行直肋散熱器配合通過強迫風冷降低板上發(fā)熱芯整個機箱模型在分網(wǎng)后網(wǎng)格數(shù)量控制在70000左右，展弦比控制在20以內(nèi),能夠得到較好的具有網(wǎng)格獨立性的仿真結(jié)果。圖3是分網(wǎng)之后機頂盒模型的俯視圖。圖3分網(wǎng)后的系統(tǒng)級模型俯視圖精簡模型如圖4所示，板級的建模卄常簡單，用于更加針對地得到風扇與散熱器的散熱仿真結(jié)果。得到的仿真結(jié)果可以與系統(tǒng)級屮的仿真結(jié)果參照對比。模型表征的是一個軸流風扇與平行直肋散熱器配合通過強迫風冷降低板上發(fā)熱芯散熱器與熱源芯片軸流風扇PCB板圖4精簡的風扇與散熱器模型

7、片的溫度。分網(wǎng)后的俯視圖如圖5所示。?制f■?dr圖5分網(wǎng)后楮簡模型的俯視圖在此模型屮，風扇區(qū)域的局部網(wǎng)格進一步加密，以對風扇尺寸等變量更加敏感。劃分網(wǎng)格后總網(wǎng)格數(shù)在70000以內(nèi)，展弦比控制在12.2。這種網(wǎng)格分網(wǎng)能夠得到較好的仿真結(jié)果。2、仿真計算（1）肋片形狀對散熱性能的影響建模采用鋁制的40*40*2伽的散熱器，肋高30mmo對于散熱器的形狀，本文研究了平行直肋、矩形針肋、交錯矩形針肋、圓柱針肋以及交錯圓柱針肋等五種肋片形狀的散熱器。在相同的送風條件下，以芯片結(jié)溫為目標函數(shù)，研究不同肋片形狀對散熱性能的影響。表1給出了建模參數(shù)與仿真結(jié)果。圖6(a)(

8、b)(c)(d)(e)給出了5種類型散熱器肋片的建模