紡織結(jié)構(gòu)散熱器換熱過(guò)程的數(shù)值模擬.pdf

1、基于目前商用針翅結(jié)構(gòu)散熱器在制造上和共面性上的局限性，一種新型的柔性紡織結(jié)構(gòu)散熱器被研制。作為一種新型散熱器，其散熱性能的研究尚屬空白。如今，有限元分析方法被廣泛應(yīng)用于研究各種電子封裝設(shè)備中散熱器的散熱性能，這可節(jié)約產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本和提高研發(fā)設(shè)計(jì)效率。本文通過(guò)這種研究方法，對(duì)紡織結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性能做了一定的數(shù)值分析，探討結(jié)構(gòu)參數(shù)與散熱性能的關(guān)系，為建立該類散熱器的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)及依據(jù)。
　　鑒于紡織結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性

2、能主要由工況條件以及針翅的高度、直徑、針翅間距決定，本研究從以下幾方面展開(kāi)。
　?。?）為了分析紡織結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性能，基于制備的實(shí)驗(yàn)樣品，采用三維制圖軟件建立不同參數(shù)的紡織結(jié)構(gòu)散熱器的幾何模型。
　　紡織結(jié)構(gòu)散熱器是由不同屈曲的地徑、緯紗和絞經(jīng)組成的，繪制該散熱器的三維立體圖的方法不同于傳統(tǒng)散熱器。本文是通過(guò)二維平面取三維坐標(biāo)點(diǎn)的方法構(gòu)建紡織結(jié)構(gòu)散熱器的曲線結(jié)構(gòu)。并通過(guò)后期的微調(diào)使紡織結(jié)構(gòu)散熱器完全呈現(xiàn)在三維制圖軟件中。

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　　（2）通過(guò)研究紡織結(jié)構(gòu)散熱器和針翅結(jié)構(gòu)散熱器在不同對(duì)流狀態(tài)下的散熱性能，發(fā)現(xiàn)在自然對(duì)流狀態(tài)下紡織結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性能比針翅結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性能差，而在強(qiáng)制對(duì)流狀態(tài)下紡織結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性能要優(yōu)于針翅結(jié)構(gòu)散熱器。
　　采用在材料消耗量增加較少的條件下能較多的增大面積的方法，即有效方法，以銅為原料，采用相同體積的針翅材料，根據(jù)紡織結(jié)構(gòu)散熱器和針翅結(jié)構(gòu)散熱器二者幾何結(jié)構(gòu)的特性，設(shè)計(jì)了不同的幾何模型，并運(yùn)用有限元分析的方法研究

4、散熱器的散熱性能。首先，針對(duì)自然對(duì)流狀態(tài)下兩種散熱器的散熱性能做了一定的研究。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在自然對(duì)流狀態(tài)下紡織結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性能比針翅結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性能差。隨后，本文使用相同的方法，采用相同的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)制對(duì)流狀態(tài)下兩種散熱器的散熱性能做了對(duì)比研究，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)制對(duì)流狀態(tài)下紡織結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性能要優(yōu)于針翅結(jié)構(gòu)散熱器。最后，本文根據(jù)相關(guān)的溫度分布云圖和溫度分布曲線，結(jié)合相關(guān)的理論知識(shí)對(duì)造成這一結(jié)果的原因進(jìn)行了相關(guān)的理論分析。經(jīng)

5、過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，在相同體積用料下紡織結(jié)構(gòu)散熱器針翅的分布稠密，針翅的間距較小，因此對(duì)空氣具有一定的阻滯作用。再加上自然對(duì)流狀態(tài)下流體的流動(dòng)是由于溫度分布不勻引起的，流體本身的速度較慢，因此針翅表面的熱量不能被充分帶離，從而導(dǎo)致紡織結(jié)構(gòu)散熱器表面的熱量輸出比較慢。而在強(qiáng)制對(duì)流狀態(tài)下，流體的速度是由外界風(fēng)扇提供，在研究的過(guò)程中可通過(guò)控制風(fēng)速來(lái)消除動(dòng)力不足的現(xiàn)象，從而彰顯針翅散熱表面積較大的優(yōu)勢(shì)，使得紡織結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性能要優(yōu)于針翅結(jié)構(gòu)散熱器。

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　　（3）通過(guò)研究強(qiáng)制對(duì)流狀態(tài)下，針翅的長(zhǎng)度、針翅截面半徑、針翅間距以及風(fēng)口的位置對(duì)紡織結(jié)構(gòu)散熱器散熱性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)風(fēng)口與針翅頂端豎直距離固定時(shí)，散熱器的散熱效果隨著針翅高度的增加呈先增加后趨于平緩的趨勢(shì)，并且紡織結(jié)構(gòu)散熱器存在最優(yōu)的針翅間距和針翅密度。
　　由于在強(qiáng)制對(duì)流下紡織結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性能優(yōu)于針翅結(jié)構(gòu)散熱器。因此，這部分將集中研究在強(qiáng)制對(duì)流狀態(tài)下紡織結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性能。根據(jù)紡織結(jié)構(gòu)散熱器散熱單元——針翅的幾

7、何及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這里針對(duì)在上吹風(fēng)狀態(tài)下針翅的長(zhǎng)度、針翅截面半徑和針翅間距對(duì)散熱效率的影響做了相關(guān)研究。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)口位置固定不變時(shí)，紡織結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性能隨著針翅的高度先增加后趨于平緩；當(dāng)風(fēng)口與針翅頂端距離固定時(shí)，散熱器的散熱效率隨著針翅高度的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)。
　　同時(shí)，隨著針翅間距的增大散熱器達(dá)到熱平衡的時(shí)間呈先減小后增加的趨勢(shì)，而散熱效率呈先增加后減小的趨勢(shì)。并且紡織結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性能在針翅半徑為0.075mm

8、～0.2mm的范圍內(nèi)呈現(xiàn)變好的趨勢(shì)。
　　綜上所述，與傳統(tǒng)的散熱器相比，紡織結(jié)構(gòu)散熱器因其結(jié)構(gòu)的特殊性，在自然對(duì)流狀態(tài)下其散熱性能差，而且隨著散熱器尺寸的增大，這種差異會(huì)更加明顯；在強(qiáng)制對(duì)流狀態(tài)下，其散熱性能較好，并且在上吹風(fēng)狀態(tài)及風(fēng)口位置固定不變時(shí)，紡織結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性能隨著針翅的高度先增加后趨于平緩；當(dāng)風(fēng)口與針翅頂端距離恒定不變時(shí)，散熱器的散熱效果隨著針翅高度的增加呈先增加后上升的趨勢(shì)。當(dāng)然，鑒于決定散熱器散熱效率的因素除了