集中热源对散热器换热性能的影响及其解决方案

摘要

本文对散热器的散热性能进行了系统的研究.在研究中,笔者摒弃了常用的散热器分析的方法,着重研究了集中热源对于散热器的影响.通过研究发现,集中热源对于散热器的散热存在显著的不良影响,因此不能简单地通过平摊的方法来处理集中热源.这方面的研究在国内尚少,本文的工作对于指导散热器的设计与使用具有积极的意义.本文的主要工作包括以下几方面:1)介绍了散热器热阻与风阻的计算方法,同时提供了散热器与风扇选型的方法;2)运用整体法、附加源项的方法、SIP算法,开发了散热器计算的三维程序;3)通过计算和实验,分析了集中热源对散热器散热的影响;4)分析了由与热源集中引起的扩展热阻,并得到了其解析解与其简化的形式;5)进行了一系列的实验,并将实验的结果与计算的结果进行了比较,得到令人满意的结果;6)提出了嵌入热管的方法作为集中热源的解决方案,并且运用商用软件ICEPAK对其可行性做了验证.

目录

文摘

英文文摘

承诺书

主要符号表

下标的说明

第一章绪论

1.1本文的研究背景

1.2散热器的发展概况

1.3前人的研究成果

1.4本文的任务

第二章散热器设计的概述

2.1散热器设计的目的

2.1.1控制结点温度

2.1.2降低风阻

2.2影响散热器性能的因素

2.2.1散热器的材料

2.2.2散热器的形式

2.2.3散热器的几何尺寸

2.3散热器的匹配风扇

2.4散热器的送风模式

2.5散热器的热阻与风阻的估算

2.5.1确定散热器的热阻

2.5.2确定散热器得风阻

2.6本章小节

第三章散热器的温度场的数值计算

3.1数学模型的建立

3.1.1控制方程

3.1.2边界条件

3.2附加源项的方法

3.3整场求解的方法

3.3.1处理方法

3.3.2收敛的判决

3.4SIP算法

3.5计算结果的分析

3.6本章小结

第四章散热器扩展热阻的研究

4.1模型的建立

4.2求解

4.3简化

4.4分析：

4.4.1 RSP与△x(△y)的关系

4.4.2 RSP与heff的关系

4.4.3 RSP与λ的关系

4.4.4 RSP与t的关系

4.5推广

4.5.1热源分布在平板的边缘

4.5.2热源分布在平板的角上

4.5.3散热器底部的扩展热阻

4.6本章小节

第五章散热器集中热源的实验研究

5.1实验的目的

5.2试验台的搭建

5.2.1温度采集系统

5.2.2速度采集系统

5.3其它设备

5.4实验的步骤

5.5实验误差的分析

5.5.1系统误差

5.5.2随机误差

5.5.3粗大误差

5.6本章小节

第六章实验数据的处理与结果分析

6.1发热功率与气体流量对Tmax的影响

6.2散热器底板温度的分布

6.2.1沿横向的分布

6.2.2沿气流方向的分布

6.3散热器底部温度的瞬态特性

6.4两种布置方法的比较

6.5散热器的散热效率

6.6翅片上的温度分布

6.7实验中的错误分析

6.7本章小节

第七章接触热阻与集中热源的解决方案

7.1模型中加入接触热阻

7.2翅片上的温度分布

7.3解决方案的提出

7.3.1方案的提出

7.3.2方案的验证

7.4本章小节

第八章结论与展望

8.1结论

8.2展望

致谢

研究生期间发表的论文与参加的科研项目

参考文献

附录一实验台的外观图

附录二一侧被破坏的保温层

附录三布置方法B

附录四热源下的导热绝缘胶