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复杂条件下通道内自然对流换热的数值模拟

王涵  
【摘要】:近年来,随着计算机技术的发展,电子器件密集度越来越高、结构越来越复杂。由于自然对流具有低能耗、低噪音、高稳定性等特点在电子器件冷却中占据显著优势。因此,研究复杂电子器件通道模型的自然对流换热特性、掌握各种因素下通道内最大温度与换热系数预测方法,对电子器件的热设计具有重要意义。 本文以电子器件热控设计为应用背景,开展了不同条件和结构对通道内换热的影响。利用CFD软件FLUENT对带有凸出离散热源的二维单通道和封闭腔内多通道的自然对流与导热耦合换热特性进行了数值模拟分析。主要研究内容包括: (1)建立了典型单通道的对流换热计算模型,包括几何建模、网格划分与边界条件的确定。计算比较了通道高宽比、倾角、热源间距、位置和尺寸、脉动热源对通道耦合换热的影响。 (2)通过对周期性单通道的对流换热模拟计算,分析了考虑气体物性变化时对通道换热的影响,并且修正了通道内最大温度与格拉晓夫数Gr的幂指数关系式。 (3)针对左右两壁等温冷却,上下壁绝热的封闭腔内双通道的自然对流过程进行模拟计算,分析了低气压、大重力加速度、绕流块、通道位置等因素的影响。同时研究了通道之间的相互作用,分析了最佳的热源放置位置。并且引入辐射的影响,分析通道间距、PCB板的导热等因素对封闭腔内多通道辐射作用的影响,比较了考虑辐射和未考虑辐射时通道内的温差。 通过研究,为电子器件冷却的整体耦合热分析与热可靠性设计提供了必要的特征参数和计算依据。


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