散热器(肋片)研究报告

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1、研究总结报告散热器（肋片）仿真总结一、研究内容散热器设计是决定散热器效能的最重要因素，从散热的过程来看，分为吸热、导热、散热三个步骤。热量从芯片中产生，散热器与芯片接触端要及时吸取热量,之后传递到散热片上或其它介质当屮，最后再将热量发散至环境当屮。因此，散热器设计应从这三个步骤入手，分别将吸热、导热、散热的性能提升，才能获得较好的整体散热效果。常见的肋片形式有以下几种：平行矩形直肋、平行矩形针肋、交错短形针肋、平行圆柱针肋、交错圆形针肋。他们的适用场合、生产工艺、散热性能各不相同,木文就常见强迫风冷散热形式建模，仿真分析以上儿种肋片形式散热器的散热性能。肋片

2、尺寸直接约束着肋片的散热性能，其影响可以在肋片传热的近似解小看到。图1是常见的矩形等截面直肋的形状尺寸示意图。图1矩形直肋形状尺寸示意图设温度在与兀轴垂直的截而上均匀分布，即只是兀的函数，肋片导热系数为k,肋表而对周围流体的换热系数为力，周围流体温度为S肋根温度为心截而不变（等截面面积心和周长U为常数），肋厚为U肋厚为洪把肋片的某一微元体必视为稳态系统，设单位时间导入、导出微元段的热量为Qx和Qx+dx,微元段向周围介质的对流换热热量为Qc,根据能量守恒原理，其热平衡关系为根据文献［26］中的推导，可得到肋片的肋效率为%譽仏(加)也/)""hUlO{}ml(

3、1-2)设肋片表面积为Al,两肋之间的平壁面积为A2,则肋片总换热面积Ah为(1-3)两肋Z间平壁温度为to,肋片表面温度为什(仍假设沿肋横截而的温度均匀分布，但沿肋X方向什不是常数)，则肋片表而的对流换热热流量为O=hA}(/0-1f)+Jh(Jt-t{))dA2-hA}(/0-1f)+hA2(/z-t(1-4)式中，力为肋表面的平均温度。根据肋效率的定义，可用肋效率表示成hA何［一(1-5)耳f=—z—脳2(‘0一'/)于是式错误！未找到引用源。可变为①=力(4+力2〃/)仏一//)(1-6)肋片的数量主要是影响肋片与地面的接触面积和类间距两方面，从而改

4、变散热器的散热性能，增加肋片数量，会增大肋片与底面的接触面积，但同时会减小肋间距，所以这一矛盾的存在预示着肋片数口存在着一个最佳数口值，这个值使散热器的散热效率达到最高。而散热器的材料也会影响散热器的散热性能，木文选取多种散热材料进行仿真，以总结材料对散热其散热性能的影响。主要研究变量：形状，肋高、肋厚、肋间距，肋片数量，材料。二、研究过程1、仿真模型建立本文分两种建模级别来仿真风扇与散热器的散热过程，分别是系统级与板级，经仿真计算后，将两种建模级别的仿真结呆进行对比，分析得出散热器工作的相关规律。系统级的建模如图2所示，这是一个机顶盒的模型，在模型屮有两块

5、PCB板，英上而的元件以及电源是系统屮主要的热量来源，在位于下方的PCB板上的主要发热元件Comp上添加了铝材料的平行直肋散热器，并且配套地添加了轴流风扇，将气流从机箱内部源源不断地抽到机箱外部，在研究屮主要研究的变量集中在风扇与散热器之上。电源PCB板匸作平台轴流风扇散热器与热源芯片Comp图2系统级仿貞•模型整个机箱模型在分网后网格数量控制在70000左右，展弦比控制在20以内,能够得到较好的具有网格独立性的仿真结果。图3是分网之后机顶盒模型的俯视图。图3分网后的系统级模型俯视图精简模型如图4所示，板级的建模卄常简单，用于更加针对地得到风扇与散热器的散热

6、仿真结果。得到的仿真结果可以与系统级屮的仿真结果参照对比。模型表征的是一个轴流风扇与平行直肋散热器配合通过强迫风冷降低板上发热芯整个机箱模型在分网后网格数量控制在70000左右，展弦比控制在20以内,能够得到较好的具有网格独立性的仿真结果。图3是分网之后机顶盒模型的俯视图。图3分网后的系统级模型俯视图精简模型如图4所示，板级的建模卄常简单，用于更加针对地得到风扇与散热器的散热仿真结果。得到的仿真结果可以与系统级屮的仿真结果参照对比。模型表征的是一个轴流风扇与平行直肋散热器配合通过强迫风冷降低板上发热芯散热器与热源芯片轴流风扇PCB板图4精简的风扇与散热器模型

7、片的温度。分网后的俯视图如图5所示。♦制f■•dr图5分网后楮简模型的俯视图在此模型屮，风扇区域的局部网格进一步加密，以对风扇尺寸等变量更加敏感。划分网格后总网格数在70000以内，展弦比控制在12.2。这种网格分网能够得到较好的仿真结果。2、仿真计算（1）肋片形状对散热性能的影响建模采用铝制的40*40*2伽的散热器，肋高30mmo对于散热器的形状，本文研究了平行直肋、矩形针肋、交错矩形针肋、圆柱针肋以及交错圆柱针肋等五种肋片形状的散热器。在相同的送风条件下，以芯片结温为目标函数，研究不同肋片形状对散热性能的影响。表1给出了建模参数与仿真结果。图6(a)(

8、b)(c)(d)(e)给出了5种类型散热器肋片的建模