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1、科技资讯2012NO.19SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION信息技术斯特林引擎在CPU散热中的应用赵航宇楼国锋樊亚明季志远黄超(华北电力大学河北保定071003)摘要:为了解决日益增长的CPU散热需要,本文提出在原有热管散热基础上加装γ型斯特林装置,利用CPU自身的发热驱动斯特林进行散热。结合CPU实际尺寸,通过数值模拟得到了能够输出最大功率的斯特林引擎的最优尺寸,在环境温度为25℃,CPU温度为60℃,工质介质为一个大气压时,其最大输出功率0.2326W。在该散热器得到推广应用的前提下,进行了实
2、用性和经济性分析,结果表明,斯特林引擎与热管结合散热达到了较好的节电效果。最后通过斯特林引擎的实际输出功率与理论上能够达到的最大功率相比较,可见其有极大的提升空间和广阔的应用前景。关键词:斯特林引擎热管散热器CPU最优设计尺寸中图分类号:TH69文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0016-03Abstract:InordertomeettheincreasingdemandofCPUradiator,thisessayputforwardanideathatinstallγstirling
3、engineonthebasisoftheformerheatpiperadiator,andusetheCPU’sheatemissiontodrivestirlingenginetocooldown.BasedontheactualsizeofCPU,wegetthebestsizeofstirlingenginewhichcanoutputthelargestpowerbynumericalsimulation.KeyWords:Stirlingengine;Heatpipe;Radiator;CPU;Optima
4、ldesignsize随着电子设备高集成化,高频化的发机箱中进行散热,结合主机箱CPU的大小TC展,其电子芯片如CPU发热量越来越高,下及常规斯特林引擎尺寸比例关系,设定尺t=T(5)E面是几款CPU的发热功率参数如表1所示。寸满足如下约束:V实际上当设备高负荷运行时,其发热SCk=ì47££eV(6)功率超出其热设计功耗(TDP)时,当其散热ïSEce=´0.95器提供散热功能已无法解决设备散热需ïïVRs.td.í0.5££1.4c=(7)要,会出现设备在高温自保护关机,或是烧Vïfd(1)SE=´0.65坏设备,造
5、成有形的和无形的大量损失。ïkasin本文针对市面上较普遍的CPU热管侧ïî0.4££b1.4f=arctan(8)1--tkacos吹风散热器,提出在原有散热基础上加装由图1可求出膨胀侧活塞容积与排气γ型斯特林装置,利用CPU自身较大的发侧活塞容积VSE侧活塞容积与动力活塞容4tc积VSC器容积VR如公式(2)至(4)所示:S=tk+1+t++1(9)热功率对CPU进行散热的方案。在满足设备正常散热的情况下,保证散热器节能稳2V=´-c()df(2)SEB=t22+2k(t-1)cosa+-+kt21定地工作。b2Vd
6、=p´´()(1.25)(3)(10)SC21型斯特林散热器的尺寸设计BV=-e22dcd(4)d=(11)型斯特林引擎计算所用的符号见表2RS所示。g型斯特林引擎的输出功率可以根据斯特林引擎转动一周做功Wi为:由于设计的斯特林引擎需要安防在主下列公式进行计算[1]:W=pVmeanSEpd(1-tf)sini(12)表1几款CPU发热功率参数11+-d2处理器系列热设计功耗(TDP)斯特灵引擎的转速为n,则输出功率LiIntel奔腾D100W左右为:Intel奔腾490W左右nIntel酷睿2130W左右LW=(13)
7、ii60表2使用符号与单位假设斯特林引擎上表面温度为25℃,名称符号单位下表面温度为60℃,转速为1000r/min。压力pPa通过编程求解出使斯特林引擎有最大膨胀侧活塞与排气侧活塞容积Vm3输出功率的各个尺寸:e=7cm,d=1.4cm,SE压缩侧活塞容积与动力活塞容积Vm3b=1.4cm,c=6.65cm,f=0.845cm。此时输SC出的功率为0.2326W,此尺寸在计算功率膨胀空间瞬时容积V3Em参数如表3所示。压缩空间瞬时容积Vm3C回热器容积Vm3R瞬时全容积Vm3膨胀空间气体温度TKE压缩空间气体温度TKC
8、相位角adeg引擎转速nr/min功WJi功率LWi图1低温斯特林参数图16科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2012NO.19科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION信息技术表3最优尺寸下的参数后,其带来的经济效益是比较显著的。现以膨胀空间气体温度T60oC
