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[优秀毕业设计精品] 基于Phoenics软件的射流式风冷散热器设计.doc

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[优秀毕业设计精品] 基于Phoenics软件的射流式风冷散热器设计.doc

毕业设计(设计)1目录1绪论.............................................................................................................................11.1概述..........................................................................................................................21.2CPU散热技术简介......................................................................................................21.2.1空气对流换热散热器...............................................................................................21.2.2液体冷却式热散热器...............................................................................................31.2.3相变循环系统散热器...............................................................................................41.2.4新型技术散热器......................................................................................................51.3本论文研究的内容.....................................................................................................62射流式风冷散热器........................................................................................................72.1射流式风冷散热器的结构...........................................................................................72.2射流式风冷散热器的工作原理....................................................................................72.3射流式风冷散热器的影响因素....................................................................................83模拟计算及后处理软件介绍.........................................................................................123.1模拟计算软件介绍...................................................................................................123.1.1常规CFD软件......................................................................................................133.1.2本文所用模拟软件.................................................................................................143.2后处理软件介绍.......................................................................................................163.3软件的综合应用.......................................................................................................174计算结果处理..............................................................................................................184.1建立模型..................................................................................................................184.1.1散热器实际模型....................................................................................................184.1.2散热器理论模型....................................................................................................184.2计算结果.................................................................................................................194.2.1翅片温度随进风位置的变化...................................................................................194.2.2特殊温度点以及分析.............................................................................................214.3结论........................................................................................................................225结论与展望.................................................................................................................23致谢.........................................................................................................................23参考文献........................................................................................................................24毕业设计(设计)21绪论1.1概述众所周知电脑的核心元件是CPU,它能否正常工作至关重要,而保护它正常工作的部件之一有散热器的责任,随着电脑技术的飞速发展随着互联网的普及,电脑已成为人们重要的学习,生活和工怍的工具之一,是人们忠实的助手近年来电脑内部越来越棘手的散热问题已成为倍受关注的焦点。散热问题的解决,除了必要的散热环境外,最终要落实到散热器上,散热器的发展对于CPU的发展已起着举足轻重的作用。为了提高运算性能,CPU单位面积内集成的晶体管数量不断增长,导致总的能量消耗以及因此而转换的热量直线上升。目前CPU芯片的发热量已猛增到每平厘米70W80W,透过散热器基板传导的热流密度已高达10w/m2105w/m2量级1,而且其体积越来越小,频率和集成度却大幅度提高,高热流密度的产生使芯片冷却问题越来越突出。目前Intel公司生产的台式机酷睿系列CPU其最大发热量达130W。2000年美国半导体工业协会预计,到2011年高性能微处理器芯片功耗将高达177W。高温会对芯片的性能产生极其有害的影响,芯片温度每升高1℃其运行可靠性降低3.8,而芯片温度每下降10其寿命增加50。研究表明电子设备失效有55%是由于过热引起2。因此作为CPU冷却的主要器件散热器也得到了显著关注34。及时有效地传出芯片发出的热量,使芯片在规定的温度极限内工作,这对计算机的发展极为重要。1.2CPU散热技术简介目前CPU散热器按冷却技术分主要有3类空气对流换热被动、半主动、主动,液体冷却换热水、油和氮气冷却和相变循环系统热管。1.2.1空气对流换热散热器空气对流换热散热方式中风冷散热是最常见的散热方式,相比较而言,也是较廉价的方式。风冷散热从实质上讲就是使用风扇带走散热器所吸收的热量。具有价格相对较低,安装方便等优点。但对环境依赖比较高,例如气温升高以及超频时其散热性能就会大受影响。主动式散热是通过散热片将CPU产生的热量自然散发到空气中,因为是自毕业设计(设计)3然散发热量,效果不是很好,其散热的效果与散热片大小成正比。面积越大散热效果越好。这种散热方式的优点是方法简单且安全,不需额外耗电,而且不用担心有风扇坏掉的危险。但散热效果不理想,对较大功率的CPU散热需要要很大的散热面积才能达到散热效果,在有效空间的计算机机箱内很不现实,因此这种散热方式主要用于产热量不严重的电子元件的散热。随着电子元器件的功耗加大,出现了靠机箱风扇带走热量的半主动型散热器。被动式散热是利用风扇等散热设备将散热片上的热强制性带走,这种散热方式的优点是散热效率高,而且设备体积小,是目前给CPU散热的主要方式。在被动式散热方式中,根据其散热介质的不同,又可分为风冷散热、水冷散热、半导体制冷散热、热导管散热和化学制冷散热等四种方式。其中风冷散热方式又分为平掠式和射流式两种。平掠式气流平行于散热器表面流过,平行送风温度分布不对称,流场以层流为主,因此散热效果欠佳。射流式气流垂直冲击散热器表面,垂直送风时温度分布是左右对称,在流场中造成很大的扰动,在散热器表面形成广泛的紊流区,散热效果好。风冷散热发展比较早,能满足一般CPU的散热要求。图11风冷散热器机构图1.2.2液体冷却式热散热器液冷散热强制间接液冷是通过液体在泵的带动下强制循环带走散热器的热量,与风冷相比,具有安静、降温稳定、对环境依赖小等等优点。液冷的价格相对较高,而且安装也相对麻烦一些。同时安装时尽量按照说明书指导的方法安装才能获得最佳的散热效果。出于成本及易用性的考虑,液冷散热通常采用水做为导热液体,因此液冷散热器也常常被称为水冷散热器。毕业设计(设计)4图12液冷散热器机构图1.2.3相变循环系统散热器常见的相变冷却散热器有热管装置,它是一种高效传热元件,充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质,通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量,具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点,并且由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。其导热能力已远远超过任何已知金属的导热能力。图13导热管热器机构图目前出现了一种较新型的相变冷却方式,即化学制冷,它使用一些超低温化学物质,利用它们在融化的时候吸收大量的热量来降低温度。这方面以使用干冰和液氮较为常见。比如使用干冰可以将温度降低到零下20℃以下,还有一些更变态的玩家利用液氮将CPU温度降到零下100℃以下理论上,当然由于价格昂贵和持续时间太短,这个方法多见于实验室。

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