【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(lái)方便的同時(shí),電子器件由于散熱不及時(shí)導(dǎo)致元件溫度過(guò)高發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞的情況也是屢屢發(fā)生,電子器件的散熱問(wèn)題逐漸成為人們比較關(guān)心的問(wèn)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(wèn)題。離子風(fēng)散熱技術(shù)是一種較為新型的電子器件冷卻技術(shù),在離子風(fēng)散熱技術(shù)的基礎(chǔ)上本文對(duì)多針-環(huán)與多針-網(wǎng)兩種多針離子風(fēng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,主要的研究?jī)?nèi)容有以下幾個(gè)方面:首先根據(jù)靜電場(chǎng)的基本方程與電場(chǎng)疊加原理,推導(dǎo)出了多針-環(huán)與多針-網(wǎng)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式,結(jié)合空間電荷場(chǎng)與流場(chǎng)的基本方程建立了離子風(fēng)多物理場(chǎng)耦合的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)建模過(guò)程中需要考慮的邊界條件進(jìn)行了介紹。其次基于所建立的數(shù)學(xué)模型利用COMSOL Multiphysics軟件對(duì)針數(shù)n、電壓U、電極間距d以及相鄰針尖距s對(duì)多針-環(huán)與多針-網(wǎng)結(jié)構(gòu)風(fēng)速的影響進(jìn)行了研究,并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析,得到了在不同因素下離子風(fēng)的變化規(guī)律,為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究提供了指導(dǎo)。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)量了各因素下離子風(fēng)結(jié)構(gòu)的風(fēng)速,并將得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析;采用響應(yīng)曲面法擬合得到風(fēng)速與各影響因素之間的經(jīng)驗(yàn)公式,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該公式可對(duì)離子風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的指導(dǎo);為了提高離子風(fēng)結(jié)構(gòu)的散熱能力,對(duì)離子風(fēng)結(jié)構(gòu)用于芯片散熱的可行性與散熱效果進(jìn)行驗(yàn)證,通過(guò)正交優(yōu)化試驗(yàn)對(duì)散熱器進(jìn)行了優(yōu)化。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN03
【圖文】：

2.1離子風(fēng)產(chǎn)生機(jī)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(dǎo)致形成的電子不能匯聚成電流，無(wú)法實(shí)現(xiàn)氣體導(dǎo)電的目的，不過(guò)若是施加高壓電在一對(duì)或者多對(duì)曲率半徑存在較大差異的電極上，則電場(chǎng)強(qiáng)度高于氣體電離場(chǎng)強(qiáng)的區(qū)域就會(huì)在電暈電極周圍形成，導(dǎo)致氣體進(jìn)行電離與激勵(lì)，使氣體從絕緣狀態(tài)變化為導(dǎo)電狀態(tài)，并且氣體的內(nèi)阻快速減小，同時(shí)此過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)昏暗的輝光現(xiàn)象并會(huì)有“嘶嘶”的聲音發(fā)出。由于施加的電壓為高電壓，導(dǎo)致少量之前存在于電暈電極附近的電子與離子獲得相當(dāng)大的速度，并與中性氣體分子不斷發(fā)生碰撞，由動(dòng)量守恒原理得出，這種碰撞使電子與離子的動(dòng)能減小，破壞了氣體分子的最外層結(jié)構(gòu)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(guò)程多次循環(huán)下形成的，如圖 2.1 為電暈放電過(guò)程[40]。

圖 2.2 離子風(fēng)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(guò)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(lái)提供所需的高電壓，對(duì)于曲率半徑來(lái)說(shuō)，電極必須遠(yuǎn)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(gè)部分，即電離區(qū)和單極漂移區(qū)，這兩個(gè)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(huì)形成帶電離子以及自由電子，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中帶電離子與自由電子會(huì)在中性氣體分子上，從而將中性氣體分子改變成負(fù)粒子，正離子、電子以及負(fù)離子會(huì)發(fā)生復(fù)合變?yōu)榉肿樱婋x邊界層是在氣體分子的電離、電子的吸附以及正離子的復(fù)合三者之間動(dòng)態(tài)均衡時(shí)產(chǎn)生的。當(dāng)粒子的極性與與放電極相同時(shí)，該粒子會(huì)被排斥出電離區(qū)過(guò)電離邊界層進(jìn)入到單極電荷漂移區(qū)內(nèi)，同時(shí)該粒子會(huì)與氣體分子發(fā)生動(dòng)能傳遞而引起氣流運(yùn)動(dòng)。 簡(jiǎn)而言之，在電暈放電過(guò)程中，放電極周圍在高壓電場(chǎng)的作用下形成大量正離子于電場(chǎng)力的存在，這些粒子會(huì)集中到放電極附近，然后和負(fù)離子結(jié)合在一起，這

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文離子風(fēng)數(shù)值模擬的相關(guān)知識(shí)涵蓋了多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域，其中就包括了流體力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)等。為了有效的耦合離子風(fēng)多物理場(chǎng)，本文對(duì)離子風(fēng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析時(shí)采用了 COMSOL Multiphysics 軟件。 3.1.2離子風(fēng)多物理場(chǎng)耦合的仿真分析根據(jù)第二章建立的數(shù)學(xué)模型，使用 COMSOL Multiphysics5.3 仿真軟件對(duì)離子風(fēng)模型進(jìn)行數(shù)值模擬分析。 靜電場(chǎng)控制方程電勢(shì)分布圖

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本文編號(hào)：2794493