新型翅片式热沉自然对流传热数值模拟研究

发布时间：2020-04-14 10:21

【摘要】：散热问题对电子设备的发展与应用极为重要。在某些特定的使用环境中,比如LED灯,小基站等,自然对流散热因其无能耗和可靠性高的优势被广泛采用。本文通过数值模拟的方法研究两种翅片热沉的散热性能,研究结果可为解决电子散热问题提供一些的参考和理论指导。本文分别通过对比不同网格精度的基板温度和平均Nu数,验证了数值模拟的网格无关性,将模拟结果与前人开展的实验结果进行比较,检验了本文模型的正确性。主要研究了以下内容:针对平板热沉散热问题,提出了一种新型的对称阵列斜翅热沉结构,分别研究了不同布局热沉的翅片高度、翅片纵向间距对Nu数与Ra数关系的影响,分析了翅片纵向间距对不同布局热沉的基板温度分布的影响,探讨了不同布局的热沉的场协同作用,讨论了热沉安装角对换热性能的影响。结果表明:Nu数随着Ra数增大而线性增大;Ra数不变时,随着翅片高度增大,Nu数先逐渐增大后逐渐减小,当翅片高度达到40mm时,Nu数达到最大值;Ra数不变时,Nu数随着翅片间距的降低而下降,纵向间距愈短,Nu数下降的愈快;随着翅片列数的增大,基板温度场上下分层现象越来越明显,而六列热沉高温区域最少;六列热沉Nu数随Ra数变化的拟合曲线斜率高于四列热沉,其高温区域更少,并且根据场协同分析,六列热沉的场协同角最小,表明六列热沉的换热效果最好;安装角对热沉的换热性能具有显著影响,相对于安装角为负值,安装角为正值对散热的抑制作用更强,当安装角为-15°时,热阻最小;针对竖直放置的对称斜翅热沉,根据现有的数据,推导出一个新的Nu数关联式。针对竖直放置的圆筒内翅热沉结构的散热问题,分别研究了翅片数、翅片高度和圆筒长度对热沉效益和Nu数的影响,分析了翅片数对热沉的Nu数与Ra数关系的影响,分别讨论了Ra数、翅片数对热沉速度场和温度场的影响。结果表明:随着翅片高度与内径之比(H/D)增大,热沉效益逐渐增大;随着翅片数增大,热沉效益增大;较低的Ra数时,随着翅片数不断增大,由于热浮升力较低,热沉效益平缓增大;随着翅片数增大,相对较低的Ra数,较大的Ra数的热沉效益增长幅度更大;H/D、翅片数和Ra数给定时,相对于较高的圆筒长度与圆筒直径之比(L/D),较低的L/D的Nu数更高。随着Ra数增大,圆筒热沉抽吸作用增大,进入热沉的空气流量增加,改善了换热性能;随着Ra数增大,圆筒热沉出口一段距离明显出现了速度变小的现象,随后才形成“烟囱流”。
【图文】：

第 1 章 绪 论整个结构没有额外的散热结构件，通过辐射散出的热量所过气体对流和外壳散热。在自然对流条件下辐射散热量可，缺少辐射散热会加剧 LED 芯片升温。而石墨烯则具有传热过程为，LED 封装芯片产生的热量由石墨烯材料迅墨烯较大的表面积将热量通过对流和辐射的方式散出。另微处理器芯片散热的界面材料[9]。界面材料的作用是填充整表面上的空洞和细槽，将空洞和细槽中的空气挤出，改导路径。图 1.1 为典型的界面材料的热量传递方式，可以板以及芯片间，界面热梯度较大。

2.2.3 自然对流热边界层自然对流是在流体密度随流体温度变化的条件下，由密度差所造成的热浮升力引起的流动。在自然界，现实中存在着大量的自然对流的现象。图 2.1 表示了竖直板在空气中自然冷却过程中温度边界层的示意图。由图可见，，在换热过程中薄层内的速度分布具有两头速度较小，中间速度较大的特点。由于近壁面
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK124;TN03

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本文编号：2627194