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1、《现代电子技术》2006年第18期总第233期þ新型元器件üCPU散热器热分析与优化设计周建辉,杨春信(北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083)摘要:利用CFD方法分析了平板直肋片散热器特性,通过多元线性回归建立了散热器换热和流动准则关系式,提供了散热器热阻和熵产率具体表达式;结合熵特性以本文提出的准则关系式采用约束条件的遗传优化算法对散热器结构进行多参数优化,优化结果与特性分析结论和相关文献吻合。关键词:CPU散热器;数值模拟;准则关系式;熵产率;优化设计+中图分类号:TP303.2文献标识码:B文章编号:1004373X(
2、2006)1800104DesignandThermalAnalysisofCPUHeatSinkZHOUJianhui,YANGChunxin(SchoolofAeronauticScienceandEngineering,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing,100083,China)Abstract:ComputationalFluidDynamic(CFD)isusedtoanalysecharacteristicsofplatefinheatsinks,the
3、correlationbe2tweenheatsinkandfluidbymultivariatelinearregressionisbuilt.Specificexpressionofthermalresistanceandtherateofen2tropygenerationareoffered.Themultiparameterconstraintoptimizationprocedure(GeneticAlgorithms)basedonthemini2mizationofentropygenerationresultingfro
4、mviscousfluideffectsandheattransferarecarriedoutontheplatefinheatsinks,optimizationresultscoincidewithpreviousanalysisandrelateddocuments.Keywords:CPUheatsink;numericalsimulation;correlations;rateofentropygeneration;optimization扩展换热表面,从而降低对流换热热阻,但过多的肋片会1引言导致摩擦阻力增大,换热表面流速降
5、低,最终换热热阻不CPU散热器是将CPU核心热量迅速导出的关键,目降反升,这就是目前的散热器设计者们所面临的处境。计[1,2]前在电子产品中得到广泛应用。散热器按冷却技术分主算流体力学和熵产最小化原理的发展为散热器设计提要有3类:空气对流换热(被动、半主动、主动)、液体冷却供了解决方法:计算流体力学可以根据设计者设定的材换热(水、油和氮气冷却)和相变循环系统(热管)。被动型料、部件参数,模拟散热器使用过程中热量的分布,为设计空气冷却散热器主要依靠自然对流交换热量,是20世纪者对产品规格或设计进行调整提供了参考;熵产最小化原的90年代以前C
6、PU散热的主要途径。随着电子元器件理(EMG)阐述传热学领域中日益重要的热力学概念,他的功耗加大,出现了靠机箱风扇带走热量的半主动型散热是真实系统热力优化的一种方法。真实系统由于传热、流器。进入奔4的21世纪以来,CPU的高热流密度(103～体流动、传质的热力不完美性产生了熵产。作为工程研究2的一种方法,EMG的目的是使热力学和传热学更具有适105W/cm数量级)的产生成了一股不可抗拒的趋势,于是芯片的冷却问题就越来越突出,依靠专用风扇冷却用性。利用EMG可以通过参数分析获得几种强化方式CPU的空气强迫对流主动式散热器应运而生。由于制造的
7、能量综合利用效果,还可以确定合理的流动工况参数、成本低廉、工艺简单、具有良好的可靠性,相对于液体冷却结构参数和合理的强化形式。[38]无需额外的装置和冷却介质等优势,空气对流换热散热器纵观国内外散热器的研究工作,主要体现在散热[1]器的流体和传热特性分析和设计优化两方面,采用的研究在目前散热器设计中占有主要地位。散热器性能同时受到几种互相矛盾、冲突的参数或特手段有实验方法、准则关系式方法和CFD方法,而结合熵性的作用,其中的每一项都希望有更好的表现,但偏偏都特性对散热器进行优化设计还是一片空白。熵特性综合是“牵一发而动全身”的互相影响着,
8、很难令所有表现全面了流体和传热特性,基于热力学第二定律的熵产最小化原提高,即便做到了,也一定会面临着加工、成本等方面的制理比传热学能够揭示更多的特性信息。熵产最小使得不约,只能尽量在混乱中寻求
