發(fā)布時間：2017-11-18 01:31

  本文關鍵詞：界面熱阻實驗與建模及在筆記本電腦熱設計中的應用研究

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【摘要】：電子設備中芯片產(chǎn)生的熱量傳導至外部環(huán)境中會經(jīng)過各種界面。從微觀角度來說,固體的表面總是粗糙不平的,當兩表面相互接觸時,實際接觸只發(fā)生在一些離散的點或微小的面積上,熱量流經(jīng)接觸界面時會發(fā)生收縮,形成對熱流的附加阻力,即界面熱阻。目前國內(nèi)外學者主要通過實驗的方法來測量界面熱阻的大小,大多數(shù)實驗在真空中進行,操作不便。本文搭建了一套帶微通道冷卻的測量界面熱阻的實驗裝置,采用主動加載,可準確控制加載壓力,微通道散熱器能充分保證熱流沿軸向一維傳遞。研究了界面溫度、加載壓力和界面材料對界面熱阻的影響,結果發(fā)現(xiàn):界面熱阻隨載荷的增大而減小;隨界面溫度的升高而減小;均方根粗糙度越大,界面熱阻越大;加入界面材料可減小固體接觸面的界面熱阻。并進行了誤差分析。根據(jù)單點接觸熱阻模型和接觸力學理論,推導出了界面熱阻的理論公式,對比了理論結果和實驗結果。結果表明理論值和實驗值的數(shù)量級均為10-4m2K/W,吻合良好。根據(jù)固體表面形貌理論和理想氣體定律,推導出了包含可流動界面材料的界面熱阻計算公式,通過計算得知試件與界面材料的界面熱阻數(shù)量級為10-6m2K/W,固體間的界面熱阻主要表現(xiàn)為界面材料的導熱熱阻。為改善筆記本電腦熱流密度大、表面溫度較高等問題,建立了基于界面熱阻的筆記本電腦數(shù)值分析模型,對系統(tǒng)內(nèi)部速度場和溫度場進行數(shù)值模擬,對散熱結構進行優(yōu)化。結果表明界面熱阻會降低散熱模組的散熱效果,導致芯片溫度上升,熱阻增大;CPU在滿負載工況下通過主動散熱和被動散熱所帶走的熱量分別為30.3W和4.7W;當散熱片的間距為1mm,厚度為0.4mm時,散熱模組具有最優(yōu)的散熱性能;增大通風口面積、提高風扇流量和降低環(huán)境溫度可增強筆記本電腦的散熱能力。設計了基于石墨烯材料的筆記本電腦被動散熱系統(tǒng),將CPU、顯卡、北橋和主板等布置在液晶屏幕的背面,其他組件仍布置在機殼內(nèi),經(jīng)自然對流CPU、顯卡和北橋最高溫度分別為57℃、55.3℃和55℃。將微通道散熱器和蛇形-翅片散熱器在筆記本電腦內(nèi)得以應用,在進口流速為1m/s,溫度為25℃時,CPU、顯卡和北橋芯片的最高溫度分別為30.5℃、28.5℃和30.1℃,因此,強迫水冷和強迫風冷可以有機結合解決系統(tǒng)的散熱問題。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP368.32
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本文編號：1198103