风冷散热器仿真计算报告
风冷翅片式热管散热器的性能仿真探究
风冷翅片式热管散热器的性能仿真探究摘要：本文开展了风冷翅片式热管散热器的模拟仿真分析研究，得到了散热器内热管、铜板和翅片的温度分布规律，并采用理论分析与有限元分析相结合的方法，研究了冷冻柜平均温度和制冷量随时间的变化。
关键词：风冷翅片式；热管散热器；性能仿真；1 风冷翅片式热管散热器概述风冷翅片式热管散热器概述随着我国工业的飞速发展，大量的低温介质如LNG、液氧、液氮等，广泛应用在石油化工、天然气、航空航天等领域，而制冷片是储存与输送低温介质的关键设备。
低温介质的危险性对制冷片的安全运行提出了更高的要求。
制冷片密封填料的稳定性，是保障制冷片长周期运行的关键因素之一。
半导体制冷片的制冷性能和制冷片冷热两端的温差相关，温差越小，制冷效率越高。
因此，为了提高半导体制冷片热端的散热能力，本文选择使用热管散热器，并用数值模拟的方法研究了热管散热器的温度分布并与实验结果对比。
此外，为了研究风冷翅片式热管散热器特性，为此，风冷翅片式热管散热器在设计时常采用加长阀盖的方式，以保证填料温度高于0℃，同时在阀盖表面安装环形翅片（翅片式阀盖），不但可以防止冷凝水滴入阀体保冷层，还可以提高填料温度，减少阀盖长度，从而降低生产成本，弥补低温阀门安装、运输不便等缺点。
在以往的研究中，关于翅片盖温度场的影响分析较少，缺乏较为完善的理论模型。
2 热管散热器在几何和传热上均对称，因此在仿真过程中，为了减少网格数量，提升计算效率，只需要对热管散热器的1/4进行仿真，简化后的热管散热器仿真的几何模型以及热源条件如图1（b）所示。
本文在仿真模型参数选取过程中，参考了前期已获取的实验研究数据。
按照热管散热器的工作状态，针对图1中的仿真模型设定了边界条件，主要包括两个进口，一个出口以及两个对称面；进口条件设定为压力进口，出口条件设定为出风风扇，并且在Fluent中设定线性风扇曲线，设定的风扇模型与实验中的风扇特性曲线基本保持一致。
在本文的仿真研究中，湍流模型采用了FLUENT中的SSTk-ω湍流模型。
风扇(单个)研究报告
研究总结报告—— 风扇（单个）总结一、 研究内容风扇是风冷散热器中必不可少的组成部分，对散热效果起着至关重要的作用，是散热器中唯一的主动部件；同时，更对散热器的工作噪音有着决定性的影响。
风扇在风冷散热器中的职责为：凭借自身的导流作用，令空气以一定的速度、一定的方式通过散热片，利用空气与散热片之间的热交换带走其上堆积的热量，从而实现“强制对流”的散热方式。
本文针对风扇的散热研究变量为：功率，特性曲线（风压、风量），尺寸（轮毂直径、总直径、长度）。
二、 研究过程1、仿真模型建立本文分两种建模级别来仿真风扇与散热器的散热过程，分别是系统级与板级，经仿真计算后，将两种建模级别的仿真结果进行对比，分析得出风扇工作的相关规律。
系统级的建模如图1所示，这是一个机顶盒的模型，在模型中有两块PCB 板，其上面的元件以及电源是系统中主要的热量来源，在位于下方的PCB板上的主要发热元件Comp 上添加了铝材料的平行直肋散热器，并且配套地添加了轴流风扇，将气流从机箱内部源源不断地抽到机箱外部，在研究中主要研究的变量集中在风扇与散热器之上。
整个机箱模型在分网后网格数量控制在70000左右，展弦比控制在20以内，能够得到较好的具有网格独立性的仿真结果。
图2是分网之后机顶盒模型的俯视图。
图 2 分网后的系统级模型俯视图图 3 精简的风扇与散热器模型精简模型如图3所示，板级的建模非常简单，用于更加针对地得到风扇与散热器的散热仿真结果。
得到的仿真结果可以与系统级中的仿真结果参照对比。
模型表征的是一个轴流风扇与平行直肋散热器配合通过强迫风冷降低板上发热芯散热器添加了局部网格约束风扇添加了局部网格约束箱体添加了局部网格约束片的温度。
分网后的俯视图如图4所示。
图 4 分网后精简模型的俯视图在此模型中，风扇区域的局部网格进一步加密，以对风扇尺寸等变量更加敏感。
划分网格后总网格数控制在在70000以内，展弦比控制在12.2。
这种网格分网能够得到较好的仿真结果。
散热器(肋片)研究报告
研究总结报告——散热器（肋片）仿真总结一、研究内容散热器设计是决定散热器效能的最重要因素，从散热的过程来看，分为吸热、导热、散热三个步骤。
热量从芯片中产生，散热器与芯片接触端要及时吸取热量，之后传递到散热片上或其它介质当中，最后再将热量发散至环境当中。
因此，散热器设计应从这三个步骤入手，分别将吸热、导热、散热的性能提升，才能获得较好的整体散热效果。
常见的肋片形式有以下几种：平行矩形直肋、平行矩形针肋、交错矩形针肋、平行圆柱针肋、交错圆形针肋。
他们的适用场合、生产工艺、散热性能各不相同，本文就常见强迫风冷散热形式建模，仿真分析以上几种肋片形式散热器的散热性能。
肋片尺寸直接约束着肋片的散热性能，其影响可以在肋片传热的近似解中看到。
图1是常见的矩形等截面直肋的形状尺寸示意图。
图 1 矩形直肋形状尺寸示意图设温度在与x轴垂直的截面上均匀分布，即只是x的函数，肋片导热系数为k，肋表面对周围流体的换热系数为h，周围流体温度为tf，肋根温度为t0，截面不变（等截面面积Ac和周长U为常数），肋厚为U，肋厚为δ。
把肋片的某一微元体dx视为稳态系统，设单位时间导入、导出微元段的热量为Qx和Qx+dx，微元段向周围介质的对流换热热量为Qc，根据能量守恒原理，其热平衡关系为（1-1）根据文献[26]中的推导，可得到肋片的肋效率为（1-2）设肋片表面积为A1，两肋之间的平壁面积为A2，则肋片总换热面积Ah为（1-3）两肋之间平壁温度为t0，肋片表面温度为tl（仍假设沿肋横截面的温度均匀分布，但沿肋x方向tl不是常数），则肋片表面的对流换热热流量为(1-4)式中，为肋表面的平均温度。
根据肋效率的定义，可用肋效率表示成(1-5)于是式(5-4)可变为(1-6)肋片的数量主要是影响肋片与地面的接触面积和类间距两方面，从而改变散热器的散热性能，增加肋片数量，会增大肋片与底面的接触面积，但同时会减小肋间距，所以这一矛盾的存在预示着肋片数目存在着一个最佳数目值，这个值使散热器的散热效率达到最高。
发动机冷却系统匹配计算与仿真分析
冷却系统是发动机 的重要组成 部分 ，其 中散 性 。在前期设计 中，冷却模块一般作为一个整体交 由供应 商进 行设 计 ，后期 通过 整 车热平 衡试 验验 证 冷却系统性能 ，该方法周期长且耗费大量人力 、物
ｇ — —发 动机 燃油 消耗 率 ，ｋ ｇ ／（ ｋ Ｗ・ ｈ）； 发 动机功 率 ，ｋ Ｗ； ， ｚ ， ， － ＿ — 燃 料 低 热 值 ，对 于 柴 油 机 该 值 为
４１ ８ ７０ ｋ Ｊ ／ ｋ ｇ。
Ｐ ｗ×ｃ ｗ×Ｉ ｆ ｗ １ 一 ｗ ２ Ｊ
式中 ：
表7热平衡试验测试结果图2amesim一维仿真模型参数散热器a散热器b表6仿真计算工况散热器进口温度98798913参数散热器a散热器b散热器出口温度94778361发动机散热量kw107107冷却液流量lmin2622704发动机转速rmin22002200风扇转速rpm21792125风扇与发动机传动比1111风扇直径mm660660水泵与发动机传动比1717环境温度233349环境气压bar11环境温度6050由整车热平衡试验结果可知散热器a在试验工况下连续作业1h散热器进口温度已升高到33仿真结果及分析9879而此时环境温度仅为234
若 冷却 空气 先经 过风 扇再经 过散 热器 ，称之 为 吹风 方 式 ；若 冷 却空气 先 经过散 热器再 经过 风扇 ，称之
为吸 风方式 。
热器的散热性能直接关系到发动机的动力性与经济 式 ，若多个散热器沿空气流动方 向依次排布 ，称之
员对散热器进行初步校核计算 ；同时运用Ａ ＭＥ Ｓ ｉ ｍ
供 了参考 。
［ 关键词 ］ 冷却系统 ；匹配计算 ；一维仿真 ；热平衡试验 ［ 中图分类号 ］ Ｔ Ｐ ３ １ ９ ． ９ ［ 文献标识码 ］ Ｂ ［ 文章编号 ］１ ０ ０ １ — ５ ５ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ７）１ ２ — ０ ０ ６ ７ — ０ ４
风冷散热器仿真中对流换热系数的计算方法
散热器风冷的物理模型,给出对流换热系数的计算公式,以及干空气不同温度条 件 下 计 算 公 式 中 各 参 数 的 取 值 表,
提 出 仿 真 时 对 流 换 热 系 数 的 调 整 流 程 . 通 过 仿 真 和 实 验 ,验 证 了 对 流 换 热 系 数 计 算 方 法 和 调 整 方 法 的 正 确 性 .
[文 章 编 号 ]１００３－４６８４(２０１８)０１Ｇ００１８Ｇ０３
风冷散热器仿真中对流换热系数的计算方法
杨 弘 熙１,张 杰１,赵 威２
(１ 湖北工业大学太阳能高效利用湖北省协同创新中心,湖北 武汉 ４３００６８; ２ 湖北省电力公司随州供电公司,湖北 随州 ４４１３００)
[摘 要]对风冷散热器进行温度场仿真,需要计算对流换 热 系 数 的 值. 根 据 导 热 理 论,建 立 功 率 半 导 体 器 件 及 其
第 ３３ 卷 第 １ 期 杨 弘 熙 ,等 风 冷 散 热 器 仿 真 中 对 流 换 热 系 数 的 计 算 方 法
１．１ 导 热 导热 现 象 的 规 律 被 总 结 为 傅 里 叶 定 律,其 数 学
表达式为
φ
＝
－λA
dt dx
式中,φ 为 热 量,W;A 为 垂 直 于 热 流 方 向 的 截 面 积,m２;dt/dx 为 温 度t 在x 方 向 的 变 化 率;λ 为 导
热 系 数 、是 表 征 材 料 导 热 性 能 优 劣 的 参 数 ,W/(m������
１ 散热器导热的理论基础
热 量 的 传 递 过 程 是 由 导 热 、对 流 、辐 射 等 三 种 基
本 方 式 组 成 的 . 为 简 化 起 见 ,假 设 :１)散 热 器 是 各 向 同性的均质连续体;２)散 热 器 物 理 参 数 (即 密 度、比 热容、导热系数)都是 常 量;３)系 统 稳 定 后 是 稳 态 散 热,并且无内热源 工 业 大 学 学 报
CPU风冷散热器散热性能的实验测试
CPU风冷散热器散热性能的实验测试作者：唐金沙,李艳红,黄伟,马雯波,刘吉普来源：《现代电子技术》2009年第12期摘要:CPU风冷散热器作为最传统的散热方式,现在仍被广大PC机用户使用。
按散热片材料分为全铝、全铜和铜铝复合式三种,其中铜铝复合式是现今主流产品。
为对其散热性能进行测试,设计测试散热器散热性能的实验装置。
通过改变输入电压,改变风道、风速和模拟芯片的发热功率,测试目前PC机使用最多的放射状铜铝复合式风冷散热器在不同风速、不同加热功率下强迫风冷时的散热性能。
从它的瞬时储热能力、热阻及CPU表面温度三个方面分析其散热性能,得出这款散热器能较好地满足CPU发热功率在120 W以内的散热需求。
实验测试装置具有通用性,实验结果有助于对此款散热器的改进,以提高其散热性能。
关键词:CPU;风冷;散热器;散热性能;实验测试中图分类号:TK124文献标识码:A文章编号:1004-373X(2009)12-115-03Experimental Testing of Heat Dissipation Peformance of CPU Air Cooling RadiatorTANG Jinsha,LI Yanhong,HUANG Wei,MA Wenbo,LIU Jipu(School of Mechanical Engineering,Xiangtan University,Hunan,411105,China)Abstract:For the time being the most traditional and widespread means of cooling components of PC is forced air cooling radiator.It can be divided into three types according to its different materials which are aluminum,copper,and copper-aluminum.Copper-aluminum is the main trend product.In order to test its heat dissipation performance,an experimental facility is designed.Through changing input power to change air velocity in air duct and generated heat power of simulated CPU chip,then the heat dissipation performance under force convection of radiation-shaped radiator is investigated which is used by most of PC users under different air velocity and different power input.The results indicate that the radiator could preferably meet the needs of heat dissipation when the power input is 120W through analizing its performance according to the instant ability of heat storage,thermal resistence and the surface temperature of CPU.The experimental testing facility has universal property,the results are useful for the radiator with further improvement and better performance.Keywords:CPU;air cooling;radiator;heat dissipation performance;experimental testing0 引言随着现代社会的飞速进步,计算机已成为人们工作、生活、学习中的重要帮手,这就促使其性能不断地提高来满足人们的需要,但同时也随之产生了一些问题。
计算机CPU散热器的数值仿真分析
计算机CPU散热器的数值仿真分析摘要：随着芯片制造技术的发展，计算机CPU的功率越来越大，与此同时其发热功耗也越来越大，要保证CPU工作时不因温度过高而故障或进入高温自我保护模式，就需要CPU的散热器有更高的散热效率。
市场上的CPU散热器五花八门，具体哪种散热形式具有更高的散热效率，就需要对CPU散热器进行具体分析。
本文以市面上的一款CPU散热器为例进行分析，一方面分析CPU散热器上的热管数量多少对散热的影响；一方面分析CPU散热器上风扇的多少对散热的影响。
通过采用有限元数字仿真的方法对CPU散热器进行分析。
本次分析对CPU散热功率、CPU散热器的结构和散热器本身的材料进行参数假定，仅考虑热管数量和风扇数量对散热的影响。
关键词：数字仿真有限元TDP功耗 CAD模型 CFD模型集成电路制造技术的发展日新月异，其发热功率越来越大，在设计师努力降低功耗的同时，单位体积内集成的功能增多，热功耗不可避免的增大。
计算机CPU作为集成电路的典型代表，其发热功耗从开始的几十瓦发展到现在的近二百瓦，这要求CPU的散热措施必须能跟上CPU的发展。
CPU散热器就是专门为其提供散热服务的设备。
计算机的CPU散热器安装在计算机机箱内部，散热器上的散热基板紧贴CPU，基板与CPU之间通常会涂抹导热硅脂等材料提升两者之间的导热性能。
本文通过数字仿真分析软件，以市面上出现的CPU散热器为例，探讨在该散热器结构下，不同数量的风扇和不同数量的热管对CPU散热的影响。
1简介研究CPU散热就需要知道CPU的TDP功耗。
TDP功耗一般指热设计功耗（ Thermal Design Power），直接翻译为散热设计功耗。
热设计功耗是CPU电流热效应以及CPU工作时所产生的单位时间热量。
热设计功耗通常作为电脑主板设计、笔记本电脑散热系统设计、大型电脑散热/降耗设计的重要参考指标。
热设计功耗越大，表明CPU在工作时会产生的单位时间热量越大，对于散热系统来说，需要将热设计功耗作为散热能力设计的最低标准，也就是散热系统至少能散出热设计功耗数值所表示的单位时间热量。
电动机风冷散热器热力学数值仿真研究
维普资讯
第 ４期
傅彩明： 电动机风冷散热器热力学数值仿真研究
步长为 ：
２ 热 平衡 分析
风冷却器设计 的热力过程中 ， 工质吸热和散热
要涉及到比热容和热平衡等工程问题． 因为热量是
过程 的 函数 ， 以 ， 所 只有 确 定 了热力 学 过 程 ， 有与 才
温度和温升等， 是风冷散热器热力学设计的重要 内容． 关键词 ：风冷； 散热器； 热力学； 数值仿真 中图分类号 ： Ｂ３ Ｔ １１ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：１７ — １Ｘ ２０ ）４ ０ ２ ０ ６ １ １９ （０６ ０ — ０４— ５
０ 引 言
与液体冷却方法相 比， 电动机循环风冷散热器 具有显著的优点 ， 随着材料和风冷技术的进步， 其应
热量为 ４ ．０Ｗ／ ｍ ℃） 电动机的额定 功率 为 １３ （ － ， １０ Ｗ， ４０ｋ 所能提供的循环空气量为 ３９ ｓ ．９ｍ ／ ．
１２ Ｙ Ｋ ３２型 电动机 散 热器 的初 始温 度及 温升 ． Ｋ ６０
条件
仿真计算最低温度为０℃ ， 初始温度分别取 １ ９℃
和２ ℃， ５ 仿真计算的最高温度 １ ℃ ， ０ ０ 空气的摩尔质量 为２． ／ｍ ｌ ８９ ｌ ｋ ｏ， ７ｇ 空气的摩尔容积２．１ ｏ， ℃时空 ２ ／ ｌ ４ｍ ０
11ykk6302型电动机散热器的基本结构参数和散热量总散热功率为70kw散热器共有铝管579根总的有效散热面积为9416m2单位面积的平均散热量为4130wm2?电动机的额定功率为1400kw所能提供的循环空气量为399m3s12ykk6302型电动机散热器的初始温度及温升条件仿真计算最低温度为o初始温度分别取19和25仿真计算的最高温度100空气的摩尔质量为28sr7kghnol空气的摩尔容积勉4l脚l0时空气的平均比压热容1004100时空气的平均比压热容1006仿真的温度范围为o100温度仿真步长取1散热器的允许温升取18