紡織結構散熱器換熱過程的數(shù)值模擬.pdf

1、基于目前商用針翅結構散熱器在制造上和共面性上的局限性，一種新型的柔性紡織結構散熱器被研制。作為一種新型散熱器，其散熱性能的研究尚屬空白。如今，有限元分析方法被廣泛應用于研究各種電子封裝設備中散熱器的散熱性能，這可節(jié)約產品開發(fā)成本和提高研發(fā)設計效率。本文通過這種研究方法，對紡織結構散熱器的散熱性能做了一定的數(shù)值分析，探討結構參數(shù)與散熱性能的關系，為建立該類散熱器的質量評價體系和產品開發(fā)提供指導及依據。
　　鑒于紡織結構散熱器的散熱性

2、能主要由工況條件以及針翅的高度、直徑、針翅間距決定，本研究從以下幾方面展開。
　　（1）為了分析紡織結構散熱器的散熱性能，基于制備的實驗樣品，采用三維制圖軟件建立不同參數(shù)的紡織結構散熱器的幾何模型。
　　紡織結構散熱器是由不同屈曲的地徑、緯紗和絞經組成的，繪制該散熱器的三維立體圖的方法不同于傳統(tǒng)散熱器。本文是通過二維平面取三維坐標點的方法構建紡織結構散熱器的曲線結構。并通過后期的微調使紡織結構散熱器完全呈現(xiàn)在三維制圖軟件中。

3、
　　（2）通過研究紡織結構散熱器和針翅結構散熱器在不同對流狀態(tài)下的散熱性能，發(fā)現(xiàn)在自然對流狀態(tài)下紡織結構散熱器的散熱性能比針翅結構散熱器的散熱性能差，而在強制對流狀態(tài)下紡織結構散熱器的散熱性能要優(yōu)于針翅結構散熱器。
　　采用在材料消耗量增加較少的條件下能較多的增大面積的方法，即有效方法，以銅為原料，采用相同體積的針翅材料，根據紡織結構散熱器和針翅結構散熱器二者幾何結構的特性，設計了不同的幾何模型，并運用有限元分析的方法研究

4、散熱器的散熱性能。首先，針對自然對流狀態(tài)下兩種散熱器的散熱性能做了一定的研究。經研究發(fā)現(xiàn)，在自然對流狀態(tài)下紡織結構散熱器的散熱性能比針翅結構散熱器的散熱性能差。隨后，本文使用相同的方法，采用相同的幾何結構對強制對流狀態(tài)下兩種散熱器的散熱性能做了對比研究，經過研究發(fā)現(xiàn)，在強制對流狀態(tài)下紡織結構散熱器的散熱性能要優(yōu)于針翅結構散熱器。最后，本文根據相關的溫度分布云圖和溫度分布曲線，結合相關的理論知識對造成這一結果的原因進行了相關的理論分析。經

5、過分析發(fā)現(xiàn)，在相同體積用料下紡織結構散熱器針翅的分布稠密，針翅的間距較小，因此對空氣具有一定的阻滯作用。再加上自然對流狀態(tài)下流體的流動是由于溫度分布不勻引起的，流體本身的速度較慢，因此針翅表面的熱量不能被充分帶離，從而導致紡織結構散熱器表面的熱量輸出比較慢。而在強制對流狀態(tài)下，流體的速度是由外界風扇提供，在研究的過程中可通過控制風速來消除動力不足的現(xiàn)象，從而彰顯針翅散熱表面積較大的優(yōu)勢，使得紡織結構散熱器的散熱性能要優(yōu)于針翅結構散熱器。

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　　（3）通過研究強制對流狀態(tài)下，針翅的長度、針翅截面半徑、針翅間距以及風口的位置對紡織結構散熱器散熱性能的影響，發(fā)現(xiàn)當風口與針翅頂端豎直距離固定時，散熱器的散熱效果隨著針翅高度的增加呈先增加后趨于平緩的趨勢，并且紡織結構散熱器存在最優(yōu)的針翅間距和針翅密度。
　　由于在強制對流下紡織結構散熱器的散熱性能優(yōu)于針翅結構散熱器。因此，這部分將集中研究在強制對流狀態(tài)下紡織結構散熱器的散熱性能。根據紡織結構散熱器散熱單元——針翅的幾

7、何及結構特點，這里針對在上吹風狀態(tài)下針翅的長度、針翅截面半徑和針翅間距對散熱效率的影響做了相關研究。經研究發(fā)現(xiàn)，當風口位置固定不變時，紡織結構散熱器的散熱性能隨著針翅的高度先增加后趨于平緩；當風口與針翅頂端距離固定時，散熱器的散熱效率隨著針翅高度的增加呈先增加后下降的趨勢。
　　同時，隨著針翅間距的增大散熱器達到熱平衡的時間呈先減小后增加的趨勢，而散熱效率呈先增加后減小的趨勢。并且紡織結構散熱器的散熱性能在針翅半徑為0.075mm

8、～0.2mm的范圍內呈現(xiàn)變好的趨勢。
　　綜上所述，與傳統(tǒng)的散熱器相比，紡織結構散熱器因其結構的特殊性，在自然對流狀態(tài)下其散熱性能差，而且隨著散熱器尺寸的增大，這種差異會更加明顯；在強制對流狀態(tài)下，其散熱性能較好，并且在上吹風狀態(tài)及風口位置固定不變時，紡織結構散熱器的散熱性能隨著針翅的高度先增加后趨于平緩；當風口與針翅頂端距離恒定不變時，散熱器的散熱效果隨著針翅高度的增加呈先增加后上升的趨勢。當然，鑒于決定散熱器散熱效率的因素除了