CPU散热器热学性能的有限元分析

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1、机械2006年第10期总第33卷计算机应用技术·29·CPU散热器热学性能的有限元分析黄洁，杜平安(电子科技大学机械电子工程学院，四川成都610054)摘要：CPU是计算机的核心部件，CPU散热器的散热性能是影响CPU工作性能的重要因素。尤其是CPU芯片功率高速发展的今天，其影响更加明显。所以，如何在设计时采用合理的散热器材料和结构，提高其散热性能成为了殛待解决的问题。本文利用Ansys软件建立了散热器的有限元模型，对其进行了热学性能分析。对散热性能与材料、尺寸和结构的关系进行了研究，并对结果进行了对比分析。得到了散热器的温度分布云图和热梯度分布云图，

2、为散热器的优化设计提供了重要依据。关键词：CPU散热器；Ansys；有限元；散热效果中图分类号：TH164文献标识码：A文章编号：1006－0316（2006）10－0029－03FiniteelementanalysisoftheheatdissipationperformanceofCPUradiatorHUANGJie，DUPing-an(SchoolofMechatronicsEngineering，UESTofChina，Chengdu610054，China)Abstract:CPUisthekeypartofcomputer.Itshea

3、tdissipationconditionhassignificantinfluencesonCPUperformance.especiallyasthepowerofCPUchipsisgettingmuchhigher.Sothereisaneedtosolvetheproblemthathowtoadoptreasonablematerialandstructureduringdesigninordertoimprovethethermalperformanceoftheradiator.Inthepaper.thefiniteelementme

4、thodisusedtoanalyzesthethermalperformanceofCUPradiator.First.theFEmodelissetupbasedonthestructure.materialsandworkingconditionofradiator.Then.thetemperaturedistributionandheatgradientarecalculated.Finally.studyontherelationshipbetweenthethermalperformanceandthematerial.sizeandst

5、ructureisconducted.andsomeconclusionsarereachedtoimprovetheheatdissipationcondition.AlltheworkisdonebymeansofANSYS.Keywords:CPUradiator:Ansys:finiteelement:heatdissipationperformance随着CPU性能的提高，其集成的晶体管数目越本文的分析对象为AMD公司的CP57J52F-01来越多，功率也越来越高。P4处理器功率接近型散热器，它适合于Athlon1.4G，Duron1.7G及

6、2100W/cm，频率已高达3.6GHz。同等性能的AMDAthlonXP3200+型CPU。风扇尺寸：70×70×25公司的CPU，最高耗电功率为76.8W，核心最高温mm，转速：3300±10%r/min，风量：23.8CFM，度上升到85℃。如何设计散热器，以利于CPU达电压：12V（DC）。散热器尺寸：80×60×46.8mm(铝到最佳工作状态，成为了制造商迫切需要解决的问片加铜底)。与之对应采用Athlon1.4GCPU，其功题。本文以有限元分析软件Ansys为分析工具，从率为48W。底座尺寸50×50mm，芯片内核尺寸材料和结构方面对散热器

7、的散热性能进行了研究，10×8mm。最后得到了一系列热学性能指标，为CPU散热器的1.1几何模型的建立优化设计提供了参考。散热器采用铜底铝片结构（铜基座厚8.5mm，1有限元模型的建立铝散热片厚1mm）。由于结构对称分布，可取其1/4散热器的工作原理是通过表面接触，将CPU散进行分析，并对其在倒角和局部细节处进行了简化发的热量传递到热传导系数高的散热鳍片上，再通（如图1所示）。在1/4模型上共有11个散热鳍片，过上端风扇产生对流风迫使鳍片表面堆积的热量和彼此相距2mm。其金属材料均为各向同性，材料热空气进行热交换，将热量散发到空气中。导率W/（m2×k

8、）：铜401，铝201。材料密度t/m3：—————————————收稿日期：2006－09－