柱型散熱鰭片幾何尺寸影響熱傳性能之研究

admin 2011-09-15

第一章導(dǎo)論
1-1、前言
早期因?yàn)殡娮赢a(chǎn)品發(fā)展技術(shù)還不夠成熟，所以電子組件的發(fā)熱量不大，對(duì)于散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求不大，所以電子組件散熱問(wèn)題還不受到重視。隨著電子產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，電子組件的尺寸越做越小，其運(yùn)算速度卻越來(lái)越快，因此電子組件單位體積內(nèi)的相對(duì)密度提高了，相對(duì)的發(fā)熱量也增加。近年來(lái)更因?yàn)橹v求科技生活化，電子產(chǎn)品越來(lái)越貼近于我們的日常生活中，在要求攜帶輕便與運(yùn)算快速的情況下，電子產(chǎn)品機(jī)體外型越做越小，卻還擁有更多的功能，使得機(jī)體內(nèi)部所含有電子組件的密度增加。因此電子產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)密度變更高，電子產(chǎn)品整體的發(fā)熱量也相對(duì)增加許多，如果熱無(wú)法有效并快速的帶離電子組件，容易增加電子產(chǎn)品熱故障的機(jī)率，所以電子組件在運(yùn)作時(shí)的散熱設(shè)計(jì)亦日趨重要了。
一個(gè)電子系統(tǒng)在運(yùn)作狀態(tài)下，主要的發(fā)熱來(lái)源是各個(gè)處理器芯片，這些芯片容易造成整個(gè)系統(tǒng)溫度分布不均之現(xiàn)象，如果系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)不良，易產(chǎn)生單一點(diǎn)溫度過(guò)高的現(xiàn)象，熱點(diǎn)(Heat spot)會(huì)使芯片發(fā)生熱當(dāng)機(jī)率變高，產(chǎn)品故障的可能性也相對(duì)增加。為了解決電子組件的散熱問(wèn)題，一般都是傳統(tǒng)軸流風(fēng)扇(Axial flow fan)加裝散熱鰭片(Heat sink)，近年來(lái)由于筆記型計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)步，熱管(Heat pipe)與離心風(fēng)扇(Centrifugal fan)的應(yīng)用日趨普遍﹔但由于經(jīng)濟(jì)的考慮，目前還是傳統(tǒng)風(fēng)扇配合散熱鰭片(Heat sink)，因此散熱片的設(shè)計(jì)就扮演著舉足輕重的角色。近年來(lái)因?yàn)閲娏鳑_擊冷卻機(jī)制有相當(dāng)高的熱傳性與低壓力降之優(yōu)點(diǎn)，這方面的研究討論資料變多，故本文是以噴流沖擊機(jī)制配合散熱鰭片幾何尺寸不同之熱傳效能作討論。
隨著計(jì)算器運(yùn)算能力的增強(qiáng)，大大的提高了數(shù)值分析的效率，而計(jì)算流體力學(xué)的軟件CFD (Computation fluid dynamics)的發(fā)展與應(yīng)用近年來(lái)也日趨廣泛，使得運(yùn)算時(shí)間縮短，精確性提高，讓數(shù)值計(jì)算的結(jié)果更接近實(shí)際物理現(xiàn)象。本文就是利用PHOENICS 軟件，做數(shù)值方法的模擬。
1-2、研究動(dòng)機(jī)與目的
由于電子產(chǎn)品散熱問(wèn)題日趨重要，傳統(tǒng)的散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式簡(jiǎn)單，應(yīng)用于日漸增高地運(yùn)算功率，在未來(lái)可能無(wú)法有效地快速散熱﹔
而人為手算在速度上過(guò)慢、又不一定精確，建立物理模型也比較浪費(fèi)時(shí)間、成本過(guò)高。因此本文研究采用PHOENICS 軟件做為數(shù)值仿真，以便更有效率地推算電子系統(tǒng)熱傳機(jī)制，而又不失準(zhǔn)確性。
本文研究之方向在于利用工作流體噴流沖擊的方式，垂直沖擊在熱電子組件上加裝散熱鰭片(Heat sink)之系統(tǒng)，了解其熱傳流場(chǎng)的分(熱設(shè)計(jì) http://www.0532yewu.com)析研究，其中變因可變的雷諾數(shù)(Re)、柱型散熱鰭片的鰭片高度(hs)與寬度(w)，從而探討不同模型散熱下，熱源平均溫度之比較、熱阻值(R)之比較與散熱鰭片(Heat sink)流道中之壓力梯度。
1-3、本文架構(gòu)
本文主要探討散熱鰭片配合流體沖擊之冷卻效果對(duì)固定熱源之影響。本文共分六章：第一章為導(dǎo)論，敘述研究背景與動(dòng)機(jī)。第二章為問(wèn)題描述，針對(duì)本文問(wèn)題詳細(xì)描述并提出參考文獻(xiàn)。第三章將統(tǒng)御方程式與邊界條件做詳細(xì)地定義。第四章為數(shù)值方法，將PHOENICS軟件在數(shù)值計(jì)算時(shí)之基本原理與流程做介紹。第五章為結(jié)果與討論，將模擬之結(jié)果加以討論比較。第六章為結(jié)論與建議之部分。