【摘要】：隨著技術(shù)進(jìn)步,電子產(chǎn)品元器件集成度日益增高,單位面積上功率逐漸增大,對散熱要求進(jìn)一步提高。當(dāng)前液體冷卻、機(jī)械式風(fēng)扇等傳統(tǒng)冷卻方式的缺點(diǎn)已經(jīng)不能完全滿足電子產(chǎn)品對散熱的要求,基于電流體動力學(xué)(EHD)原理的新型冷卻方式逐漸獲得重視,各國科研人員都已經(jīng)開始研究設(shè)計(jì)新型冷卻裝置。本文提出了一種漏斗形離子風(fēng)扇,并從不同角度探討了影響冷卻效果的因素。 本文介紹了實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)的幾種不同結(jié)構(gòu)EHD電暈裝置。其中以針板作為電暈電極,散熱片作為集電極的電暈裝置是最常見的一種結(jié)構(gòu),通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),EHD原理產(chǎn)生的離子風(fēng)用于散熱時降溫幅度達(dá)50℃左右,效果很明顯,而且消耗的功率很低,在0.5W左右。這兩個結(jié)果表明了EHD電暈裝置用于散熱具有重要意義。離子風(fēng)從電暈電極吹向集電極時,垂直碰撞會有能量損失,為了降低能量損失設(shè)計(jì)了一種盒式電暈裝置,這種裝置與散熱片呈一定角度安裝,減少碰撞過程中的能量損失,提高離子風(fēng)速。 此外,在傳統(tǒng)機(jī)械式風(fēng)扇基礎(chǔ)上改裝了EHD離子風(fēng)扇。由于風(fēng)扇的葉片具有一定的弧形,扇葉轉(zhuǎn)動的時候,風(fēng)可以沿著扇葉表面的圓弧定向的流出,根據(jù)扇葉的形狀制作一個與之匹配的針狀電暈電極；在扇葉表面貼上鋁箔作為集電極,并且固定扇葉,這樣電暈電極和集電極之間施加高電壓時產(chǎn)生的電暈離子風(fēng)將會沿著扇葉表面定向流動。這種電暈風(fēng)扇的優(yōu)勢在于可以將分散的離子風(fēng)聚集,能夠提高風(fēng)速,增強(qiáng)散熱效果。 通過前期的不斷探索最后設(shè)計(jì)出了網(wǎng)式漏斗形集電極電暈裝置。實(shí)驗(yàn)探究了影響散熱效果的主要因素,例如針狀電極密度、針狀電極直徑、漏斗小端直徑以及電極間距的影響。實(shí)驗(yàn)中分別制作了8針、12針和24針的針狀電極,通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)隨著電極密度增加,相鄰間電極互相影響降低了離子風(fēng)速、提高了能耗；密度低離子風(fēng)速低,綜合考慮選擇12針最佳。針狀電極曲率對電極周圍電場具有重要影響,電場的強(qiáng)弱決定了空氣的電離程度,實(shí)驗(yàn)中分別使用直徑0.3mm、0.6mm、0.9mm和1.75mm鍍鎳鋼針制作12針的針狀電極,通過數(shù)據(jù)分析表明0.3mm和0.6mm時離子風(fēng)速最大,但是0.3mm鋼針在制作電極板過程中容易斷掉,制作過程不方便,實(shí)驗(yàn)選用0.6mm鋼針。作為集電極的漏斗,出風(fēng)口小端直徑同時影響到風(fēng)速與作用面積。實(shí)驗(yàn)中制作了10mm、20mm、25mm、30mm、35mm六種口徑的集電極,在綜合分析出風(fēng)口離子風(fēng)速和作用面積發(fā)現(xiàn),作用面積比風(fēng)速對散熱效果的影響更大,因此選擇30mm和35mm兩種集電極最佳。最后研究了電暈電極和集電極之間距離的影響。兩電極之間間距對工作電壓和離子風(fēng)速都有重要作用,實(shí)驗(yàn)研究了間距為5mm、10mm、15mm和20mm時的效果,通過比較工作電壓、離子風(fēng)速和能耗等因素,當(dāng)電極間距在10mm時能夠獲得最佳綜合效果。 文章還探討了將EHD用于LED時影響散熱的因素。實(shí)驗(yàn)中將4個功率為3W的LED燈珠貼在鰭片式和針式散熱片上,保證其他因素完全一致的情況下比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)針式散熱片效果更好。雖然與鰭片式散熱片相比,散熱面積小,但是針式散熱片對流更充分,因此散熱效果更好。此外實(shí)驗(yàn)還探究了散熱片安裝角度的影響。散熱片安裝角度有0°、30°、60°和90°四種,溫度曲線表明散熱片傾斜小角度時,冷卻裝置和散熱片的作用面積基本沒變,小角度時電暈離子風(fēng)從一端向另一端流動,比垂直吹向散熱片時能量損失小。角度太大時,冷卻裝置和散熱片的作用面積減小,雖然離子風(fēng)吹向散熱片時能量損失更小,但比起散熱面積減小帶來的不利因素,散熱作用相比更小。最后研究了冷卻裝置兩端工作電壓的作用,電壓太高時EHD冷卻裝置消耗的功率增大,產(chǎn)生大量臭氧；電壓太低時離子風(fēng)速低,散熱效果不明顯,綜合分析發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)中電壓在9KV～10KV之間效果最好。
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圖片說明： 熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性、優(yōu)良等溫性、環(huán)境適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足電子設(shè)備對散熱裝置緊湊、可靠、靈活控制、高散熱效率的要求[2"^]。它的工作原理如圖1.3。工質(zhì)在蒸發(fā)段受熱，工質(zhì)迅速蒸發(fā)在微小的壓力下流向另一端，冷凝釋放出熱量，，循環(huán)到蒸發(fā)段。4
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圖片說明： 第一章緒論后來的離子風(fēng)產(chǎn)生機(jī)理提供了理論基礎(chǔ)，自此越來越多的研宄被用質(zhì)量傳輸?shù)淖饔�，以及用來研究新型的靜電吹風(fēng)機(jī)。2008年，屆半導(dǎo)體熱力學(xué)測量、建模和年會上，ThorrnMicro公司的兩名VishalSinghal展示了他們的最新成果——RSD5固態(tài)風(fēng)扇，它的/s，超過普通的機(jī)械式散熱風(fēng)扇[3i],如下圖1.4[32], RSD5作為市應(yīng)用的電暈氣流風(fēng)扇，給電流體動力學(xué)用于散熱領(lǐng)域帶來了希望，散熱真正的從理論走向了現(xiàn)實(shí)，電流體動力學(xué)（EHD)的研究也期。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN607

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本文編號：2513691