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摘要通过查看电脑笔记本内部的电子元器件分布情况，对电子元器件之间的间距对散热的影响进行了研究。通过查阅文献和书籍等收集相关的资料，采用电脑笔记本内部的电子器件分布情况为原型，设计了小空间内不同的电子元器件间距分布的几种情况。采用风冷的冷却方式，利用 FLUENT 软件对系统内部的电子器件散热情况进行了数值模拟。分析模拟后的数据，得出电子器件间的间距过大或者过小都不利于其散热的结论，并且找到了使电子器件散热效果最好的间距分布，了解间距也是影响电子器件散热的重要因素。 27568
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毕业论文关键词 电子元件 数值模拟 散热 温度场
Title The effect of different distance between electronic devices on heat dissipation
Abstract The influence of the space among the electronic components on the heat dissipation is researched by changing the distribution of the electronic components inside the computer. After reviewing literatures and collecting related information, the distribution of the electronic components inside the computer is seemed as the model to design the different situations of the space distribution among the electronic components in small room. Air-cooled is used as the type of cooling and FLUENT is used to stimulate the heat dissipation of the electronic components in the system. Overall, a conclusion is that the spacing between electronic devices is important to the heat dissipation, and the best electronic device cooling effect of spacing distribution is found. Keywords Electronic devices Numerical Simulation Radiating Temperature Field
目 次
1 绪论1
1.1 研究背景1
1.2 国内外电子元器件散热的研究现状1
1.3 论文的主要工作4
2 模型建立5
2.1 模型建立的理论依据5
2.2 数值计算模型的建立6
3 数值模拟的计算方程8
3.1 传热的方式8
3.2 电子元器件散热系统的控制方程8
3.2.1 质量守恒方程 8
3.3.2 动量守恒方程9
3.3.3 能量守恒方程9
3.3 湍流模型10
4 模型的数值模拟和数据处理11
4.1 数值模拟11
4.2 FLUEN 数值模拟后的图像分析12
4.3 数据分析16
结论 20
致谢21
参考文献 22
1 绪论 1.1 研究背景 世界科学技术每天都在翻天覆地的发生变化，电子技术中的电子器件朝着微小化和集成化方面发展，其性能越来越高频化和高运转化，其功率越来越大，比较有代表性的发明是集成电路和纳米级芯片。因为电子元器件的密集性和功能性，其电子元件在运行时，会产生大量的热。又因为电子元器件在狭小空间内，其散热效率低，容易导致电子元器件温度过高。所以小空间内电子元器件的散热问题被人们越来越重视。电子元器件的温度过高会导致其性能大大下降，特便是一些大功率精密仪器，要求其温度必须文持稳定，在电子器件运行过程中其散热尤为重要。电子元器件的散热不仅能影响到他们的正常运作，而且其散热严重受阻时可能导致机器的烧毁，更严重会因此发生火灾，导致重大事故。因此，研究小空间内电子元器件的散热对我们的生产生活有深远的意义。 1.2 国内外电子元器件散热的研究现状 影响电子元器件散热的因素有很多，比如：器件的组成材料，材料或者工作液的热阻，元器件的功耗、各个电子元器件之间的间距等，而散热的方法也有很多种。李庆友等人[1]对电子元器件的散热方式做了系统的研究，总结了几种散热方式： （1）自然散热的冷却方法； （2）强制散热的冷却方法； （3）液体冷却方法（在密闭元器件之间加装绝缘液体来实现冷却） ； （4）制冷方式的散热的冷却方法（采用制冷剂等循环制冷） ； （5）热管散热的冷却方式； （6）热电散热的冷却方式。 随着社会的进步，科学技术的发展，人们对电子元器件的散热有了更进一步的了解，并创造出了更多的散热技术。陈起良[2]在对电子元器件散热技术的研究中介绍了在散热过程进行能量疏导的冷却方法，其过程是把电子元器件散发出的热量，通过传热元件的高传热效率传递到一个地方集中，然后再进行处理或者是更加高效率的向环境传导热量。这个过程对电子元器件的设计要求相当严格，所以此方法用于精密贵重仪器的散热比较多。尹辉斌等人[3]研究了液体冷却中的冷板散热，电子元件没有直接接触液体冷却剂，而是通过热传导的方式，首先换热器冷板接受传递过来的热量，然后热量被换热器冷板中的冷却工质带走，再排到环境中。冷板技术是一种相对简单和低成本的方案，由循环液体从热源带走热量再经气液换热器将热量散出。 自然对流下电子元器件的散热研究，李楠等人[4]假设了一个电子设备的自然对流通风装置，并规定了一些实验条件，利用连续性方程、动量方程、湍流脉动方程和湍流耗散率方程来求解问题，采用CFD软件进行了数值模拟。他们采用流固耦合的求解方法，对空间内温度场、速度场和压力场进行数值模拟，获得了大量的实验数据并进行数据图表的绘制，得到小空间模型中靠近进口处的电子元件的冷却效果要好于靠近出口处的电子元件，增大空气速度能降低电子元件的温度，但是无限的增大空气流速并没有得到相应的散热效果。因此不能通过增大流速来增大散热效率。 Bessaih等人[5]为了研究竖直管道内电子元器件的湍流散热情况，设计了一个微竖直管道内上下均匀分布三个电子元器件设备，并通过有限体积法解决了传热方面的问题，同时也是采用了CFD软件进行了数值模拟，得出了在竖直微通道内的电子元器件下方的散热比上方的效果好，以及散热效果最佳的元器件之间的间距。Boutina等人[6]采用FLUENT软件对安装在一个倾斜通道内的电子元器件的散热进行了研究和数值模拟，他们通过采用控制变量法控制电子元器件周围影响散热的条件，比如雷诺数、管道的倾斜角、热源的功率以及元器件之间的间距等。实验得到了最佳的倾斜角，当管道倾斜45° 时，元器件在其他条件相同的情况下，散热效果最好。 强迫对流散热的研究，徐燕飞[7]利于微波炉为研究对象，通过风扇来散热，对电子设备中的元器件散热问题进行了系统的研究。在这个过程中她运用FLUENT软件模拟圆弧板散热风扇的性能，绘制特性曲线。得出提高散热风扇的风量和风压都能有效降低主要元器件的温升,而提高风压效果更好。强迫对流散热也是现如今市面上应用最广的散热方式。李斌等人[8]运用FLUENT软件对电子元器件的散热翅片进行了新的设计，并对连续平片，分段平片，分段开缝翅片等散热器进行了层流流动与散热的数值模拟。用 SIMPLE 方法处理压力与速度的耦合问题，采用网格生成软件 GAMBIT 生成网格，用 FLUENT 进行求解和数值模拟。在他们对CPU强制散热的研究中，得出了单纯通过提高CPU散热器的风速已经满足不了CPU的散热，对散热器的新型设计，在保持金属总体积分数不变的情况下利用翅片开缝、分段等技术手段，减少翅片中心线的间距有利于提高散热器的散热能力。 液体冷却散热的研究，刘衍平等人[9]采用了强迫水冷的散热方式对大功率电子器件散热进行了研究，利用ANSYS中的UG、PRO/E等软件对其水冷元件进行设计建模和网格划分，然后导入ANSYS有限元分析软件中对散热器的速度场、温度场进行了数值模拟，并根据模拟得到的数据分析，强迫水冷的液体散热方式对大功率电子器件的散热有很大帮助，其模拟所得的数据对散热器的优化提供了有力的依据。
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