多孔翅片散热器铲削成形与传热性能研究

摘要

近年来随着工作频率和电流的不断增加，电子芯片、器件、设备等的散热问题原来越严重。尽管可以采用热管等先进的散热技术取得了非常好的散热效果，但是从成本、易用性、可靠性和散热器的小型化等方面考虑，强迫风冷和自然冷却散热器仍是很多散热设备的首选。课题组在多年研究铲削散热器的基础上，已经掌握了加工工艺参数对瓦楞状翅片表面散热器成形的影响规律。本文在瓦楞状翅片铲削散热器的基础上又提出了一种新的翅片类型，一种翅片带有多孔的散热器，翅片上有孔改进了散热器的翅片表面结构，旨在加快翅片内部散热和提高散热器流道中的紊流强度，进而实现提高散热器散热性能的目的。
　　本文按照铲削散热器的加工原理，研究了刀具前角、切削厚度、倾斜角度、铲削行程、孔的排数等工艺参数对多孔翅片铲削散热器成形的影响规律，得出了在不同工艺参数对翅片高度、厚度、翅片长度、弯曲程度、孔的几何尺寸的影响的基本规律。为优化和控制多孔翅片散热器的成形奠定了基础。根据这些规律加工制造了一批不同结构尺寸的多孔翅片散热器，为以后进行散热器传热性能的研究提供了研究对象。
　　针对成形实验中加工出的不同结构尺寸的散热器，对多孔翅片散热器运用solidworks进行了三维建模和gambit对散热器进行网格划分，利用fluent流体仿真软件计算了不同结构参数的多孔翅片散热器在不同工况条件下的温度场和流场。从而得到了翅片高度、翅片厚度、翅片间距等不同的散热器结构参数在不同风速、恒温度和恒功率的两种不同工况下的散热性能的影响规律。为研究散热器散热性能和优化散热器的结构提供支持，减少了实验研究的物力和人力。
　　最后是通过实验的手段测试多孔翅片散热器的传热性能，研究的因素与包括散热器的厚度、高度、进风方向、进风速度、孔的排列数，实验就不同工况下的散热器温度场测试。采用了仿真数值研究与实验研究相结合的方法，为优化和控制多孔翅片铲削散热器的成形提供了依据。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 电子设备常见冷却技术

1．3 冷却方式的选择

1．4 强迫风冷散热器的研究现状

1．5 课题来源、研究内容与目的

1．5．1 课题来源

1．5．2 研究内容与目的

第二章 铲削多孔翅片散热器成形实验

2．1 前言

2．2 多孔翅片成形的实验装置与工艺

2．2．1 成形的实验装置

2．2．2 散热器成形工艺

2．3 工艺参数对翅片成形的影响

2．3．1 翅片形貌参数的测量方法

2．3．2 刀具前角对翅片形貌的影响

2．3．3 进给量对翅片形貌的影响

2．3．4 铲削行程对翅片形貌的影响

2．3．5 孔的排列对翅片形貌的影响

2．4 本章小结

第三章 铲削散热器传热与流动计算方法

3．1 前言

3．2 Fluent简介

3．3 数学模型

3．3．1 控制方程

3．3．2 湍流模型

3．3．3 离散格式

3．4 求解算法

3．5 收敛准则

3．6 本章小结

第四章 铲削散热器温度场与流场数值模拟

4．1 计算流程与计算模型

4．1．1 计算流程

4．1．2 计算模型

4．2 边界条件的设置

4．3 求解算法和收敛准则的选择

4．4 仿真求解结果与分析

4．4．1 翅片间距对温度场与流场的影响

4．4．2 翅片高度对温度场和流场的影响

4．4．3 翅片厚度对温度场和流场的影响

4．4．4 功率对温度场和流场的影响

4．4．5 进口风速对温度场和流场的影响

4．5 本章小结

第五章 铲削散热器传热性能实验测试

5．1 多孔翅片散热器的散热性能影响因素分析

5．2 散热实验条件

5．3 自然散热与强迫风冷实验

5．4 不同进风方式对散热性能的影响

5．4．1 侧面进风对翅片传热的影响

5．4．2 45°角进风对翅片传热的影响

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

声明

致谢