CPU散热器结构设计与热分析

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1、电子机械工程2006年第22卷第6期16Electro-MechanicalEngineering2006.VoI.22No.6!CPU散热器结构设计与热分析周建辉，杨春信（北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083）摘要：CPU散热器是将CPU核心热量迅速导出的关键，已成为获得新一代电子芯片的主要问题之一。采用数值模拟方法对放射状太阳花CPU散热器进行三维流场及温度场分析，探讨放射状散热器在不同的肋片形状、肋片数N和肋片厚度等各种不同的参数作用下，对于整体散热器散热和流动性能的变化与影响，

2、同时分析了太阳花散热器自然对流和瞬时动态特性。关键词：CPU散热器；数值模拟；热阻；压力系数中图分类号：TN305.94；Tk124文献标识码：A文章编号：1008-5300（2006）06-0016-03DesignandThermaIAnaIysisofCPUHeatSinkZHOUJian-hui，YANGChun-xin（SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeijingUniuersityofAeronauticsandAstronautics，B

3、eijing100083，China）Abstract：HeatsinkisthekeycomponentofheatremovaIfromCPUrapidIyandhasbecameoneofthemainprobIemsinthenewgenerationofeIectronicchips.ComputationaIfIuiddynamicisusedinthispapertosimu-IatethefIowandheattransferofradiation-shapedheatsinkstoe

4、xpIoreoveraIIthermaIandfIuidperformancesundervariousparameterssuchasfinprofiIe，densityoffins，finthickness.FinaIIy，naturaIconvectionandin-stantaneousdynamiccharacteristicsareaIsoanaIyzed.Keywords：heatsink；numericaIsimuIation；thermaIresistance；pressurecoe

5、fficient针对散热器换热性能主要影响因素（肋片形状、0引言肋片厚6、肋片数N），本文研究内容包括：首先对N=近年来，随着计算机微处理器（CPU）逐渐朝小型9，18，36，60两种模型（1/2和1/1模型）的直肋片太化、高功能化和高频化的趋势发展，相对地，其单位体阳花散热器进行稳态温度场和流场数值模拟，总结出积所散出的热量（发热密度）愈来愈高，因此电子散热直肋片太阳花散热器的肋片数与热阻、压降特性曲线；的问题也愈来愈受到重视。为避免热量累积导致温度然后研究直肋片太阳花散热器自然对流和瞬时动态特过高

6、而损坏微处理器，通常在CPU上加装散热器，并性；最后考虑肋片形状（斜肋片和弯肋片）对换热效果以风扇强制空气对流而增加其热传。如何协调散热器的影响。所得结论对散热器的结构热设计有重要指导设计参数提升其整体散热效率从而有效降低CPU温意义，为后续优化工作做好了准备。度，是目前电子热设计行业所面临的重要关键课题。1直肋片太阳花散热器物理模型［1-5］国内外关于CPU散热作了很多研究工作，一般采用数值模拟方法对CPU散热器进行三维流场及在轴流风扇作用下，冷却气流从散热器顶部朝下温度场分析，得到了CPU散热器的

7、散热性能，分析了流动，形成自然对流与强迫对流的混合湍流，气流冷却结构因素对散热器热阻的影响。大量研究都是针对平完，散热器从侧边流出。直肋片太阳花散热器物理模板肋片散热器展开的，本文研究的是一类新型实用的型如图1所示。放射状太阳花结构的CPU散热器，能够满足高热流密肋片厚度6与肋片根部间距s有一定的几何关352系，可由下列方程组决定：度（10~10W/cm数量级）工作要求。!收稿日期：2006-03-31基金项目：国家重点自然科学基金（No.50436010）第6期周建辉，等：CPU散热器结构设计与热分

8、析17!.!#边界条件（1）入口边界条件：按进口风扇模型给出，进口总压为0Pa，进口温度300K，湍流量按经验公式给出，风扇特性曲线由图3压升与进口速度关系拟合。图1太阳花结构的CPU散热器结构图P=2!r=NXJ+（N+1）XS（1）!XGXr==S+J（2）180其中：r为肋片根部半径，G为肋片旋转角，S为肋片根部间距，J为肋片厚，P为肋片根部圆周周长，为肋片旋转G时肋片根部的弧长，N为肋片数。N=9、18、图3风扇特性曲线36、60时，可得到近似J