發(fā)布時(shí)間：2017-09-09 05:04

  本文關(guān)鍵詞：面向CPU的金屬—聚合物復(fù)合微結(jié)構(gòu)散熱器換熱機(jī)理研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 翅片高度 復(fù)合式散熱器 CPU散熱器 散熱性能

【摘要】：隨著CPU小型化,運(yùn)行速度、集成度和頻率的大幅增大,CPU芯片的高熱流密度及熱量集中已經(jīng)成為了一種無法抗拒的趨勢,芯片的冷卻問題變得更加的突出。因此,研制出擁有高性能的散熱器對CPU芯片進(jìn)行冷卻已經(jīng)成為熱力學(xué)研究的熱點(diǎn)。目前,市場上存在的金屬散熱器導(dǎo)熱系數(shù)較大,因此金屬散熱器的導(dǎo)熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于散熱量,使熱量集聚在翅片處,無法高效的散發(fā)到空氣中。微結(jié)構(gòu)散熱器具有更高的傳熱效率、更高的熱流量,熱量可以高效的散發(fā)到空氣中。因此,基于新材料、小體積、高散熱效率等優(yōu)點(diǎn)的新型CPU散熱器,將會(huì)具有非常大的市場前景。本文提出了一種新型的金屬-聚合物復(fù)合式散熱器,該散熱器利用金屬基板優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和聚合物微結(jié)構(gòu)翅片優(yōu)良的散熱性能實(shí)現(xiàn)熱量的高效導(dǎo)出和高效散出,最終獲得從熱源到環(huán)境的熱量傳遞平衡�；谠搹�(fù)合式散熱器傳熱平衡機(jī)理,本文從散熱器結(jié)構(gòu)和材料等方面對散熱器導(dǎo)熱和散熱性能和影響散熱性能的因素進(jìn)行了深入研究,主要研究內(nèi)容為：1.建立了復(fù)合式散熱器的幾何模型,首先研究了不同翅片間距和厚度下翅片高度對聚合物散熱器散熱性能的影響；其次綜合分析了翅片間距、高度、厚度對金屬-聚合物復(fù)合式散熱器散熱性能的影響；最后研究了不同翅片高度下,加熱功率對金屬-聚合物復(fù)合散熱器散熱性能的影響規(guī)律。2.在研究金屬-聚合物復(fù)合式微結(jié)構(gòu)散熱優(yōu)化結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,研究了復(fù)合式翅片中金屬與聚合物接觸面情況、聚合物基板厚度、微結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)和微結(jié)構(gòu)的放置方式對散熱性能的影響。3.基于對復(fù)合式散熱器和復(fù)合式微結(jié)構(gòu)散熱翅片的研究,建立了金屬-聚合物復(fù)合式微結(jié)構(gòu)散熱器模型�；谄街笔缴崞�,研究了微結(jié)構(gòu)形式、基板材料和微結(jié)構(gòu)放置形式對復(fù)合式微結(jié)構(gòu)散熱器散熱性能的影響。基于放射式散熱器,研究了材料以及導(dǎo)熱圓柱結(jié)構(gòu)對散熱性能的影響。4.本文根據(jù)模擬結(jié)果設(shè)計(jì)、加工出了不同尺寸的聚合物散熱器以及三種不同翅片結(jié)構(gòu)的復(fù)合式散熱器,并利用所設(shè)計(jì)測試平臺(tái)對這幾種散熱器進(jìn)行性能測試。研究結(jié)果表明：1.對于金屬-聚合物復(fù)合式散熱器,當(dāng)翅片高度為50mm時(shí),熱源平均溫度最低,為52.36℃；當(dāng)翅片厚度和間距分別為1.5和2.5mm時(shí),對流換熱系數(shù)存在最大值,分別為32.57和31.93 W/(mm2K)。2.結(jié)合面為三角形截面的散熱器兩接觸面的溫度差最小,為0.18℃。復(fù)合式微結(jié)構(gòu)散熱結(jié)構(gòu)豎直放置時(shí),散熱性能最好。3.金屬-聚合物復(fù)合式微結(jié)構(gòu)散熱器(溫度為51.13℃)比金屬鋁散熱器(溫度為53.29℃)具有更好的散熱性能。金屬-聚合物復(fù)合式微結(jié)構(gòu)散熱器可以取代金屬散熱器用于CPU散熱中。4.對于翅片間距為2mm的散熱器,風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速應(yīng)為2680rpm。
【關(guān)鍵詞】：翅片高度 復(fù)合式散熱器 CPU散熱器 散熱性能
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP303
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 符號(hào)表17-20
• 第一章 緒論20-26
• 1.1 研究背景及意義20
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展20-24
• 1.2.1 CPU散熱器的國內(nèi)外研究進(jìn)展21-23
• 1.2.2 微結(jié)構(gòu)散熱器的流動(dòng)與傳熱特性的研究進(jìn)展23-24
• 1.3 研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)24-26
• 1.3.1 研究內(nèi)容24
• 1.3.2 創(chuàng)新點(diǎn)24-26
• 第二章 散熱器散熱機(jī)理研究及理論計(jì)算26-38
• 2.1 本文所研究的散熱器的散熱模型26
• 2.2 散熱器的導(dǎo)熱問題26-30
• 2.2.1 金屬底板的導(dǎo)熱26-28
• 2.2.2 翅片的導(dǎo)熱28-30
• 2.3 散熱器的對流換熱與輻射換熱30-31
• 2.3.1 對流換熱機(jī)理30-31
• 2.3.2 輻射換熱機(jī)理31
• 2.4 湍流流動(dòng)換熱機(jī)理31-34
• 2.4.1 湍流微分方程32
• 2.4.2 湍流模型32-34
• 2.5 金屬-聚合物復(fù)合式散熱器的熱阻計(jì)算34-37
• 2.5.1 復(fù)合式翅片的導(dǎo)熱熱阻計(jì)算及復(fù)合導(dǎo)熱系數(shù)35-36
• 2.5.2 散熱器的總熱阻36-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 第三章 金屬-聚合物復(fù)合式散熱器的性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化38-60
• 3.1 聚合物散熱器的性能分析38-43
• 3.1.1 不同翅片材料和翅片厚度下翅片高度對散熱性能的影響38-41
• 3.1.2 不同翅片間距和材料下翅片高對散熱性能的影響41-43
• 3.2 翅片參數(shù)對金屬-聚合物復(fù)合式散熱器散熱性能的影響43-50
• 3.3 加熱功率和材料參數(shù)對散熱器散熱性能的影響50-55
• 3.3.1 不同翅片高度下加熱功率對散熱性能的影響50-53
• 3.3.2 導(dǎo)熱系數(shù)和輻射系數(shù)對散熱性能的影響53-55
• 3.4 金屬-聚合物復(fù)合式散熱器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化55-58
• 3.4.1 翅片結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)55-57
• 3.4.2 翅片開孔數(shù)量對散熱性能的影響57-58
• 3.5 本章小結(jié)58-60
• 第四章 金屬-聚合物復(fù)合式翅片的性能分析60-78
• 4.1 金屬-聚合物復(fù)合式微結(jié)構(gòu)散熱結(jié)構(gòu)的模型60
• 4.2 復(fù)合式翅片的微結(jié)構(gòu)表面結(jié)構(gòu)和參數(shù)對散熱性能的影響60-69
• 4.2.1 微結(jié)構(gòu)表面粗糙度對散熱性能的影響60-61
• 4.2.2 不同基板厚度下聚合物的導(dǎo)熱系數(shù)對散熱性能的影響61-63
• 4.2.3 金屬-聚合物復(fù)合式翅片的散熱量計(jì)算63-69
• 4.2.3.1 不同材料下散熱結(jié)構(gòu)的散熱量64
• 4.2.3.2 微結(jié)構(gòu)參數(shù)對散熱量的影響64-68
• 4.2.3.3 聚合物的導(dǎo)熱系數(shù)對散熱量的影響68-69
• 4.3 金屬與聚合物接觸面情況及功率對散熱性能的影響69-72
• 4.4 金屬-聚合物復(fù)合微結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的方向敏感性研究72-75
• 4.5 本章小結(jié)75-78
• 第五章 應(yīng)用于CPU的金屬-聚合物微結(jié)構(gòu)散熱器的性能分析78-90
• 5.1 基于平直式散熱器的復(fù)合微結(jié)構(gòu)CPU散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能研究78-83
• 5.1.1 微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式對散熱性能的影響78-80
• 5.1.2 金屬基板的材料對散熱性能的影響80-81
• 5.1.3 微結(jié)構(gòu)的放置方式對換熱性能的影響81-83
• 5.2 基于放射狀散熱器的復(fù)合微結(jié)構(gòu)CPU散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能研究83-87
• 5.2.1 散熱器模型的建立83-84
• 5.2.2 材料對散熱性能的影響84-85
• 5.2.3 導(dǎo)熱圓柱結(jié)構(gòu)對散熱性能的影響85-87
• 5.3 金屬-聚合物復(fù)合微結(jié)構(gòu)CPU散熱器與金屬散熱器的性能比較87-88
• 5.4 本章小結(jié)88-90
• 第六章 CPU散熱器的實(shí)驗(yàn)研究及性能測試90-104
• 6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>90
• 6.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建及實(shí)驗(yàn)原理90-91
• 6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析91-103
• 6.3.1 聚合物CPU散熱器的性能測試91-94
• 6.3.2 翅片高度對散熱性能影響的測試94-95
• 6.3.3 不同翅片結(jié)構(gòu)對散熱性能的影響的測試95-98
• 6.3.4 不同風(fēng)扇轉(zhuǎn)速對散熱性能影響的測試分析98-100
• 6.3.5 不同風(fēng)扇轉(zhuǎn)速下加熱功率對散熱性能的影響的測試100-103
• 6.4 本章小結(jié)103-104
• 第七章 結(jié)論與展望104-108
• 7.1 結(jié)論104-105
• 7.2 展望105-108
• 參考文獻(xiàn)108-112
• 致謝112-114
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文114-116
• 作者與導(dǎo)師簡介116-117
• 附件117-118

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張振亞;王芳;屈巖;王宏杰;黃園園;;新型冷板對服務(wù)器CPU散熱的研究及能耗分析[J];上海理工大學(xué)學(xué)報(bào);2014年04期

2 魏少華;高峰;王飛;;基于固氣耦合的CPU散熱器流場分析和數(shù)值模擬[J];電子設(shè)計(jì)工程;2013年18期

3 李炅;張秀平;賈磊;吳俊峰;;整體翅片式微通道換熱器的數(shù)值模擬[J];制冷與空調(diào);2013年07期

4 嚴(yán)瑞東;徐博;陳江平;李峰;汪年結(jié);李冬;潘曉勇;;微通道換熱器兩相分配特性對空調(diào)系統(tǒng)性能的影響[J];制冷學(xué)報(bào);2013年03期

5 江鐘;;銅材在CPU散熱器中的應(yīng)用[J];銅業(yè)工程;2013年03期

6 靳遵龍;李水云;雷佩玉;劉敏珊;張志超;;矩形微通道內(nèi)單相液體湍流對流流動(dòng)與換熱數(shù)值研究[J];壓力容器;2013年05期

7 張瑩;諸凱;梁雨迎;;用于大型服務(wù)器CPU冷卻的散熱器性能研究[J];流體機(jī)械;2012年12期

8 江樂新;王從權(quán);;矩形微通道內(nèi)流體流動(dòng)特性的數(shù)值研究[J];熱科學(xué)與技術(shù);2012年01期

9 徐博;祁照崗;陳江平;汪年結(jié);李冬;李峰;潘曉勇;鐘明;;微通道換熱器翅片參數(shù)研究[J];制冷技術(shù);2011年04期

10 夏國棟;柴磊;齊景智;;梯形硅基微通道熱沉流體流動(dòng)與傳熱特性研究[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2011年07期

，

本文編號(hào)：818446