界面热阻实验与建模及在笔记本电脑热设计中的应用研究

发布时间：2017-11-18 01:31

  本文关键词：界面热阻实验与建模及在笔记本电脑热设计中的应用研究

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【摘要】：电子设备中芯片产生的热量传导至外部环境中会经过各种界面。从微观角度来说,固体的表面总是粗糙不平的,当两表面相互接触时,实际接触只发生在一些离散的点或微小的面积上,热量流经接触界面时会发生收缩,形成对热流的附加阻力,即界面热阻。目前国内外学者主要通过实验的方法来测量界面热阻的大小,大多数实验在真空中进行,操作不便。本文搭建了一套带微通道冷却的测量界面热阻的实验装置,采用主动加载,可准确控制加载压力,微通道散热器能充分保证热流沿轴向一维传递。研究了界面温度、加载压力和界面材料对界面热阻的影响,结果发现:界面热阻随载荷的增大而减小;随界面温度的升高而减小;均方根粗糙度越大,界面热阻越大;加入界面材料可减小固体接触面的界面热阻。并进行了误差分析。根据单点接触热阻模型和接触力学理论,推导出了界面热阻的理论公式,对比了理论结果和实验结果。结果表明理论值和实验值的数量级均为10-4m2K/W,吻合良好。根据固体表面形貌理论和理想气体定律,推导出了包含可流动界面材料的界面热阻计算公式,通过计算得知试件与界面材料的界面热阻数量级为10-6m2K/W,固体间的界面热阻主要表现为界面材料的导热热阻。为改善笔记本电脑热流密度大、表面温度较高等问题,建立了基于界面热阻的笔记本电脑数值分析模型,对系统内部速度场和温度场进行数值模拟,对散热结构进行优化。结果表明界面热阻会降低散热模组的散热效果,导致芯片温度上升,热阻增大;CPU在满负载工况下通过主动散热和被动散热所带走的热量分别为30.3W和4.7W;当散热片的间距为1mm,厚度为0.4mm时,散热模组具有最优的散热性能;增大通风口面积、提高风扇流量和降低环境温度可增强笔记本电脑的散热能力。设计了基于石墨烯材料的笔记本电脑被动散热系统,将CPU、显卡、北桥和主板等布置在液晶屏幕的背面,其他组件仍布置在机壳内,经自然对流CPU、显卡和北桥最高温度分别为57℃、55.3℃和55℃。将微通道散热器和蛇形-翅片散热器在笔记本电脑内得以应用,在进口流速为1m/s,温度为25℃时,CPU、显卡和北桥芯片的最高温度分别为30.5℃、28.5℃和30.1℃,因此,强迫水冷和强迫风冷可以有机结合解决系统的散热问题。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP368.32
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本文编号：1198103