CPU风冷散热器的实验研究及流场和温度场的数值模拟

摘要

随着现代社会的飞速进步,计算机已成为人们工作、生活、学习中的重要帮手,这就促使其性能不断地提高来满足人们的需要,但同时也随之产生了一些问题。比如由于CPU芯片的集成度、封装密度以及工作频率的不断提高,导致它的功率不断增大,发热量惊人上升。CPU温度过高将会影响计算机的可靠性及稳定性,所以在CPU上加装散热器成为降低CPU温度的必要手段。
　　CPU散热器是流体力学和传热学领域的重要研究对象之一,本文主要对CPU风冷散热器在空气强制对流条件下的散热性能进行实验研究,并对散热器的流场及温度场进行数值模拟。
　　从理论上分析了散热器散热性能的评价方法可以从三个方面进行:瞬时储热能力;散热器的热阻;芯片表面温度及其降低过程。为实验测试平台的设计提供了理论基础。以市场上现有的、目前PC机使用最多的一款放射状铜铝复合式CPU散热器作为实验研究对象,设计、制作了测试该散热器的散热性能的实验装置,通过改变输入电压来改变风道风速和模拟芯片的发热功率,得到了散热器在不同风速、不同加热功率下的强制风冷时的散热性能曲线,总结出功率和风速对散热过程的影响,为后面的数值模拟提供了基础,为改进散热器提供了实验数据。
　　建立了散热器的数值模型,利用商业软件FLUENT对不同工况下的散热器的流场和温度场进行数值模拟,获得了流动和换热的细节,进而对散热器的性能进行了深入细致的分析,得到进口风速及风温对散热性能的影响,并与实验结果进行比较,同时验证了实验装置的可行性和测试结果的正确性。还发现流体在散热器靠近铜芯的下半部分存在回流区,回流区的存在使该区域的散热速度减缓,导致散热效果变差。针对散热器结构上存在的不足,提出了一种结构改进方案。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 CPU芯片散热技术简介

1.3 国内外对本课题的研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 散热器散热性能的实验测试

2.1 概述

2.2 散热器散热性能的评价方法

2.3 实验测试方案

2.4 散热器的性能测试和分析

2.5 本章小结

第3章 散热器流场及温度场的数值模拟

3.1 计算流体动力学概述

3.2 FLUENT简介

3.3 数学模型

3.4 散热器温度场及流场的数值模拟

3.5 本章小结

第4章 总结和展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已公开发表的论文