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1、狭小空间散热元件结构优化研究毕业论文目录摘要IAbstractII目录I第一章绪论-1-1.1研究背景和意义-1-1.2电子元件散热结构优化研究的发展现状及应用-1-1.2.1电子元件散热结构优化研究的发展现状-1-1.2.2散热元件的应用-4-1.3论文研究方案与新颖性-5-第二章CFD及FLUENT简介-6-2.1CFD简介-6-2.2FLUENT简介-6-2.3湍流及其数学描述-8-2.4湍流模型介绍-10-2.4.1Spalart-Allmaras模型-13-2.4.2标准k-ε湍流模型-13-2.4.3修正k-ε
2、湍流模型-15-第三章矩形肋CPU散热器换热性能数值分析-16-3.1模型及几何参数-16-3.2Gambit建模过程-18-3.3求解器的选择-19-3.4操作环境的确定-19-3.5边界条件-19-3.6计算结果与分析-19-3.6.1肋片效率与总散热量-20-3.6.2不同肋厚的比较-21-3.6.3不同肋高的比较-22-3.6.4不同肋间距的比较-24-3.7风阻计算-25-3.7.1雷诺数计算-25-3.7.2风道阻力计算-25-3.8本章小结-27-第四章三角肋CPU散热器换热性能数值分析-28-4.1概述-2
3、8-4.2几何模型及计算单元网格-28--37-4.3模拟结果与分析-29-4.3.1不同肋厚的比较-29-4.3.2不同肋高的比较-30-4.3.3不同肋间距的比较-32-4.4等截面直肋与三角肋比较分析-33-结论-35-致谢-36-参考文献-37--37-第一章绪论第一章绪论1.1研究背景和意义近年来微电子工业迅猛发展,电子器件的微型化已经成为现代电子设备发展的主流趋势。微电子技术的发展趋势随着电子计算机容量和速度的快速发展以及导弹、卫星和军用雷达对高性能模块和大功率器件的要求,呈现两大趋势:一是追求小型化和集成化,
4、二是追求高频率和高运算速度,这样使得单位芯片的热流密度迅速升高。如计算机CPU芯片在运行过程中产生的热流密度已达到60~100W/,半导体激光器中甚至达到W/数量级。而电子器件正常的工作温度范围为-5~65,最大允许工作温度100~120,过高的温度会危及半导体的结点,损伤电路的连接界面,增加导体的阻值和形成机械应力损伤。研究表明:电子元件的温度在正常工作温度水平上降低1,其故障可减少4%;若增加10~20,则故障率提高100%。据统计,电子设备的失效率有55%是温度超过规定值引起的。由此可见,电子散热问题已成为制约电子工
5、业发展的瓶颈,而高效的电子散热技术已成为一个研究热点。高效电子散热与传热学,流体力学等原理的应用密切相关,其目的是对电子设备的运行温度进行有效地控制,以保证其工作的稳定性和可靠性。CPU功率的不断提升导致了更多热量的产生，为了在有限的散热空间内仍能使CPU正常运行，必须提高散热片的散热性能。从理论计算出发，通过散热片的总散热效率与总散热量设计散热片结构。运用CFD软件Fluent进行散热模拟，验证理论计算的结果。对散热片进行砂型铸造工艺设计，并用铸造模拟软件ProCAST进行模拟分析，优化铸造工艺并指导生产试验。模拟为散热
6、片设计及生产提供了一个理论参考依据。通过该方法可以在散热片模具开发前，在满足散热性能的前题下使散热片尺寸合理，减少了试验次数，降低实验成本和模具更改造成的浪费，节省了研制成本，对实际生产起到了重要的指导作用。1.2电子元件散热结构优化研究的发展现状及应用1.2.1电子元件散热结构优化研究的发展现状自1925年人们研究变压器的冷却开始，热设计作为实现技术之一就伴随着电力电子技术的进步而不断发展。从真空管、行波管到晶体管，从移动电话、服务器到巨型计算机，设计制造商都不得不面对其产品的冷却问题，只是各个系统的冷却需求不同，其热设
7、计难度各异。电子元器件的热设计包括选择合适的冷却方式，布置冷却剂流型、方向以及排列封装内的电子部件等。比较成熟的冷却方式主要有：自然冷却技术；强迫空冷技术；液体冷却技术；相变冷却技术；其他冷却技术。-37-第一章绪论（1）自然冷却技术自然冷却方法是指不使用任何外部辅助能量的情况下，实现局部发热元器件向周围环境散热达到温度控制的目的，这其中通常都包含了导热、对流和辐射三种主要传热方式，其中对流以自然对流方式为主。自然冷却往往适用于对温度控制要求不高、热流密度不大的低功耗器件和部件，以及密封或密集组装的器件不宜(或不需要)采用
8、其它冷却技术的情况下。通常自然冷却的换热系数在3～10W/(·℃)范围内，一般应用在热流密度较小的设备中，即热流密度不超过0.8W/c。（2）强迫空冷技术强迫空冷主要是借助于外界动力设备强迫器件周边空气流动，从而将器件散发出的热量带走的一种方法。这种方法是一种操作简便、收效明显的散热方法。如果部件内元器
