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《天津大学》 2007年
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带肋表面气体喷吹冷却的数值研究

贾丽娟  
【摘要】: 本文以对微电子芯片的散热为工程背景,将其抽象为发热表面的有效冷却问题,研究以空气为输运热量介质的散热技术,试图采用气体喷吹与加肋片的散热方式相结合,来代替传统的风扇与肋片结合的散热方式,使喷吹在局部区域产生高换热系数的同时,运用肋片的不同分布形式减小热量与温度分布的不均匀性。在整个发热表面上,气体喷吹会产生极大的热量不均匀的分布,而热的不均匀分布,会造成发热表面的局部温度过高,容易产生热应力的问题,从而使得功率元件的散热效能和可靠性下降。 本文对于具有一定功率的发热元件,通过对它散热的物理现象的分析,建立与之相对应的数学和几何模型,通过运用数值分析软件对其进行求解,验证这种气体喷吹与肋片散热相结合的新型的散热技术的可行性。在保持空气质量流量和其他参数不变的条件下,运用数值分析软件对喷嘴及肋片散热器的结构分别进行一定程度的优化,最终使其散热效果达到最佳。通过数值求解,可以对不同工况下得到的速度场以及温度场的分布进行分析,观察影响换热效果的因素,对于喷嘴来说,受影响的主要因素在于喷嘴的尺寸、喷吹的速度以及喷嘴的排列形式;而对于肋片散热器来说,肋片高度则是主要因素,经过计算分析后可以确定出这些基本几何参数的取值范围。 最后根据前边的分析,设计了几种不同形式的散热器,如V型、抛物线型、椭圆形肋片高度分布函数的散热器,通过对这三种形式进行散热分析,发现V型散热效果最好,因此,最终设计了由V型组合在一起的波浪型肋片高度分布函数的散热器形式。证明其与普通肋片散热器相比,在相同的工况下,比普通散热器的散热效果好,而且还更节省原材料。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB611

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