【摘要】：隨著科技的快速發(fā)展,各種電子產(chǎn)品不斷出現(xiàn)在人們的生活中,為人們的生活帶來方便的同時,電子器件由于散熱不及時導致元件溫度過高發(fā)生嚴重損壞的情況也是屢屢發(fā)生,電子器件的散熱問題逐漸成為人們比較關心的問題。因此,如何將電子器件的溫度控制在合理范圍之內(nèi)成為了現(xiàn)今科技中急需解決的問題。離子風散熱技術是一種較為新型的電子器件冷卻技術,在離子風散熱技術的基礎上本文對多針-環(huán)與多針-網(wǎng)兩種多針離子風結構進行了研究,主要的研究內(nèi)容有以下幾個方面:首先根據(jù)靜電場的基本方程與電場疊加原理,推導出了多針-環(huán)與多針-網(wǎng)結構的場強計算公式,結合空間電荷場與流場的基本方程建立了離子風多物理場耦合的數(shù)學模型,并對建模過程中需要考慮的邊界條件進行了介紹。其次基于所建立的數(shù)學模型利用COMSOL Multiphysics軟件對針數(shù)n、電壓U、電極間距d以及相鄰針尖距s對多針-環(huán)與多針-網(wǎng)結構風速的影響進行了研究,并對其結果進行分析,得到了在不同因素下離子風的變化規(guī)律,為后續(xù)的實驗研究提供了指導。最后通過實驗平臺測量了各因素下離子風結構的風速,并將得到的實驗結果與仿真結果進行對比分析;采用響應曲面法擬合得到風速與各影響因素之間的經(jīng)驗公式,并通過實驗驗證了該公式可對離子風結構設計提供相應的指導;為了提高離子風結構的散熱能力,對離子風結構用于芯片散熱的可行性與散熱效果進行驗證,通過正交優(yōu)化試驗對散熱器進行了優(yōu)化。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN03
【圖文】：

2.1離子風產(chǎn)生機理2.1.1電暈放電在施加高電壓情況下一種氣體產(chǎn)生局部自持放電的現(xiàn)象被稱之為電暈放電。由于各種因素的存在，導致形成的電子不能匯聚成電流，無法實現(xiàn)氣體導電的目的，不過若是施加高壓電在一對或者多對曲率半徑存在較大差異的電極上，則電場強度高于氣體電離場強的區(qū)域就會在電暈電極周圍形成，導致氣體進行電離與激勵，使氣體從絕緣狀態(tài)變化為導電狀態(tài)，并且氣體的內(nèi)阻快速減小，同時此過程中會出現(xiàn)昏暗的輝光現(xiàn)象并會有“嘶嘶”的聲音發(fā)出。由于施加的電壓為高電壓，導致少量之前存在于電暈電極附近的電子與離子獲得相當大的速度，并與中性氣體分子不斷發(fā)生碰撞，由動量守恒原理得出，這種碰撞使電子與離子的動能減小，破壞了氣體分子的最外層結構從而使最外層電子變?yōu)樽杂呻娮优c離子并開始碰撞其它氣體分子，形成了更多的電子和離子，“電子雪崩”現(xiàn)象是在上述過程多次循環(huán)下形成的，如圖 2.1 為電暈放電過程[40]。

圖 2.2 離子風碰撞模型 在圖 2.2 中，曲率半徑很小的尖電極放電，然后通過電壓范圍處于尖電極的起壓與擊穿電壓之間的直流高壓電源來提供所需的高電壓，對于曲率半徑來說，電極必須遠小于接地電極。 基于圖 2.2 中的模型可知，電極之間的區(qū)域包括了兩個部分，即電離區(qū)和單極漂移區(qū)，這兩個部分的分界面是電離邊界層。在電離區(qū)內(nèi)電離的氣體分子會形成帶電離子以及自由電子，在運動過程中帶電離子與自由電子會在中性氣體分子上，從而將中性氣體分子改變成負粒子，正離子、電子以及負離子會發(fā)生復合變?yōu)榉肿�，電離邊界層是在氣體分子的電離、電子的吸附以及正離子的復合三者之間動態(tài)均衡時產(chǎn)生的。當粒子的極性與與放電極相同時，該粒子會被排斥出電離區(qū)過電離邊界層進入到單極電荷漂移區(qū)內(nèi)，同時該粒子會與氣體分子發(fā)生動能傳遞而引起氣流運動。 簡而言之，在電暈放電過程中，放電極周圍在高壓電場的作用下形成大量正離子于電場力的存在，這些粒子會集中到放電極附近，然后和負離子結合在一起，這

西安電子科技大學碩士學位論文離子風數(shù)值模擬的相關知識涵蓋了多個學科和領域，其中就包括了流體力學、電動力學等。為了有效的耦合離子風多物理場，本文對離子風進行數(shù)值模擬分析時采用了 COMSOL Multiphysics 軟件。 3.1.2離子風多物理場耦合的仿真分析根據(jù)第二章建立的數(shù)學模型，使用 COMSOL Multiphysics5.3 仿真軟件對離子風模型進行數(shù)值模擬分析。 靜電場控制方程電勢分布圖

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