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散热器内流动与换热特性研究

秦保军  
【摘要】:本文对电子设备热设计中广泛使用的散热器进行了流动和换热特性的研究,采用的研究方法包括数值模拟和试验。关于散热器的研究以往已有很多报道,本文选择了几个新的角度进行研究工作:(1)采用三孔探针测量气流掠过散热器时两翅片之间的流场,研究散热器的流动特性;(2)研究散热器在局部热流情况下的换热特性;(3)建立了散热器流动与换热的三维计算模型,对试验工况进行了数值模拟;(4)比较了进气方式对散热器换热性能的影响;(5)比较了翅片形式对散热器流动和换热特性的影响;(6)建立了散热器的优化设计模型,对散热器进行了优化设计。试验结果给出了散热器两翅片间流场的速度矢量图,观察到了气体流过散热器时的绕流现象,验证了局部热流与平均热流的传热情况是差别很大的。数值模拟中采用了三维通用 N-S 方程,建立了较为精确的传热模型。数值计算中,分区生成网格,应用了 SIMPLEC 算法,对流扩散项采用了 QUICK 格式离散,湍流模型采用了 k ~ε两方程模型,计算结果与试验结果的比较表明本文的物理模型是合理的。进气方式的比较证明纵掠比横掠的散热效果要好,翅片形式的比较表明了采用合理的风道形式可有效强化传热。对于采用散热器散热的电子元件,以散热器与环境之间的热阻为优化目标,采用遗传算法对散热器进行了优化设计,优化结果的可行性尚有待于试验验证。


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