顶部空隙对水冷平板肋片性能影响研究

发布时间：2020-08-27 10:16

【摘要】：近年来,随着电子元器件的高集成与高性能的发展趋势,电子器件的发热功率越来越高,因此对换热器的散热能力作出了更高的要求。肋片换热器作为结构最简单的换热器类型,被广泛地应用于各种场合。为了更好地发挥肋片热沉的优势,许多学者一直致力于通过优化肋片热沉的结构尺寸来优化其换热能力。但是换热器的换热能力并不是越高越好,因为换热能力的提升一般伴随着换热器流阻的增加,这会增加驱动换热工质流动所需的能量,导致换热器的整体经济性能降低,因此流阻也是评价换热器综合性能的一个重要参数。CFD(计算流体动力学)工具作为一种经济、省时、可信度较高的预测工具,被越来越普遍地应用到换热器的优化过程中。本文结合实验与CFD模拟的方法,研究了顶部空隙的存在对以水为流动工质的平板肋片热沉的换热与压降性能的影响,以及产生这种影响的内在机理与规律,为以后的平板肋片热沉优化设计提供参考。本文的主要研究工作与结论有:(1)顶部空隙的存在会导致流入肋间流道的水,在流动过程中,一部分进入流动阻力较小的肋顶通道,不参与对流换热,因此会导致平板肋片热沉换热性能与整体压降的降低,这是两个互相对立的影响;(2)研究了顶部空隙的存在对平板肋片热沉换热与压降的具体影响,并定量研究了这个影响与肋片高度、肋间距以及体积流量之间的联系;(3)在本文的研究对象范围内,顶部空隙的存在总是有利的,因为压降的降低幅度始终大于换热能力的损失,也就是说顶部空隙的存在能在损失小部分换热能力的同时大幅度降低热沉压降;(4)文章最后在前人的研究基础上,修正了Nu数的经验关联式,通过对比,证明修正后的关联式能相对准确地预测热沉的平均Nu数。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN03
【图文】：

摩尔定律,处理器,电子器件

图 1.1 Intel 处理器与摩尔定律[1]Figure 1.1 Intel processor and Moore’s Law使元器件承受过量的热膨胀应力而导致热失数据研究统计，超过 55％的电子设备失效是升高，元器件的失效率呈指数增加[6]，单个半靠性将降低 50%[7]。因此，为了保证电子元必须保证电子器件的温度处于允许工作温度要求越来越高。热设计是一个伴随着电子元计热沉结构，充分利用不同换热形式的优势的，一直是换热器研究的重点研究内容。热热对流以及热辐射，因此电子器件的散热也，通常情况下，由于电子元器件的温度不会径，热设计的主要关注研究点在对流与导热据电子器件散热需求的大小以及空间的限制

强制风冷,纳米流体,肋片换热器

图 1.2 强制风冷肋片散热器Figure 1.2 Scheme of forced air cooling fin heat sink器与热源 CPU 直接接触，通过热传导将 CPU 运行过程，肋片中的热量一方面通过热辐射向周围环境散热，风扇驱动，流经肋片散热器，与肋片之间通过对流换PU 因为热量的积累导致运行温度过高而失效。根据牛途径主要有两种：一是增加有效换热面积，二是增加器而言，由于散热空间的限制，因此换热面积并不能换热面积下对肋片换热器的换热性能进行优化。，许多研究工作者都致力于肋片换热器的优化，其中热器的换热工质，如使用纳米流体等[8], 纳米流体是指散到水、醇、油等传统换热介质中，制备成均匀、稳，由于纳米流体中掺杂了高导热系数的纳米颗粒，因

肋片换热器,四面体

图 1.3 插入四面体肋的平板肋片换热器[9]Figure 1.3 Schematic diagram of PFHS with ribs器的肋片形状，如采用针型肋片，三角形同会导致散热器中换热工质流动状态的改热性能；的结构参数。肋片散热器的主要结构参数，通过研究散热器各结构参数对换热器性最小化肋片散热器的整体热阻，达到强化热器。1981 年，Tuckerman 等[10]首次提比常规通道具有非常大的表面积与体积比热方面具有非常显著的优势。是衡量肋片散热器好坏的一个重要标准，降过大，会导致驱动换热工质流动的能量上述的肋片换热器优化途径中，使用纳米

【参考文献】