第二章 问题描述与文献回顾
2-1、问题描述
本文是使用流体喷流的方式， 垂直冲击在热电子组件加装上散热鳍片配合散热鳍片(Heat sink)，因此研究系统为强制对流机制，自然对流、热辐射上都退居次要，故忽略上述二着之影响。
工作流体为不可压缩流及标准状态下之空气，上下壁面假设为光滑无摩擦的绝热平板。为了了解在不同的雷诺数(Re)与散热鳍片在改变鳍片高度(hs)和宽度(w)，对系统在喷流冲击机制下之影响。在系统为紊流的基本假设下，雷诺数(Re)的范围在5000~30000，喷流入口直径为d，ha为喷流入口到散热鳍片顶点之距离，Maveety和Hendricks【1】提出在喷流冲击散热鳍片中，最佳的ha/d之范围为8~12，本文选择d=0.006m、ha/d=10。热电子组件尺寸参考Intel公司官方网站在2004年11月所提供Intel ? Pentium ? 4 Processor Extreme Edition on 0.13Micron Process in the 775-land Package【2】的数据，得知芯片封装后机版尺寸为37.5mm×37.5mm，但实际热源区为芯片及加装在其上的金属热扩散片(Integrated heat spreader, IHS)，其尺寸为30mm×30mm，厚度相较于宽度而言极小，所以忽略不考虑。发热量设定为固定的30W。散热鳍片如图2-1为方形9×9柱型数组鳍片，底部L×L为70mm×70mm，厚度δ为3mm，鳍片之几何尺寸如表2-1，散热鳍片材料为铝金属。模型以三维直角坐标来做模拟计算，如图2-2，流道高度H=96mm，其模型仿真尺寸长(x)、宽(y)、高(z)分别为0.25m×0.25m×0.096m﹔流道高度H=106mm，其模型仿真尺寸长(x)、宽(y)、高(z)分别为0.25m×0.25m×0. 106m，流道高度H=116mm，其模型仿真尺寸长(x)、宽(y)、高(z)分别为0.25m×0.25m×0. 116m。在格点的设定上，H=96、106、116mm其z轴格点数分别为19、22、25，w=4、5、6mm，其x、y轴格点数分别为42×42、44×44、46×46﹔z轴格点在散热鳍片的部分，以1倍的倍率递增方式设定，从散热鳍片顶端到喷流入口，以1.5倍的倍率递增方式设定﹔x、y轴格点在在散热鳍片的部分，以1倍的倍率递增方式设定，从散热鳍片到出口处，以1.5倍的倍率递增方式设定，如图2-3~图2-4所示。
本文之研究步骤如下：
(1) 计算程序之建立：包括流场、温度场之统御方程式和边界值条件。
(2) 流场的分析：统御方程式的建立包括质量守恒、动量守恒，进而求得流道压力分布状况。
(3) 温度场的分析：应用能量守恒之分析，以求得热组件之温度，进而算出系统热阻值。
(4) 精确性之比较：参考既有之文献，模拟相同条件下之数值，以印证数据精确度。

(5) 结果分析与建议：将仿真之数据经后处理器处理，得出物理现象的印证与结论，并作出适当的建议以开启后继研究之方向。

2-2、文献回顾
Maveety和Hendricks【1】采κ–ε紊流模式利用空气喷流冲击散热片，探讨使用散热鳍片之系统的热阻，在Re=10000~50000，与ha/d=2~12，ha为喷嘴到散热片之距离，d为喷嘴直径，散热鳍片之材料使用碳复合材料与铝金属。Ledezma和Morega及Bejan【3】在喷流模式下，其Re=60~650时，改变柱型散热鳍片之几何尺寸与数量，测量纽赛数，以探讨最佳化的ws/L值，ws为两柱型鳍片间之距离，L为散热鳍片底板长度。Maveety和Jung【4】采κ–ε紊流模式，仿真一冷却空气冲击散热片，热源给30W，7800≦Re≦19700，并探讨散热片的热阻及其流道压力分布。Chiriac和Ortega【5】采用层流模式，以空气喷射冲击高于工作流体10K的恒温平滑平板，探讨压力系数、壁面摩擦系数、纽赛数，雷诺数范围在250~750，Pr=0.7，H/d=5，d为喷嘴直径。Amano【6】利用对称轴喷流冲击固定目标板，研究冷却固体表面性质，使用有限体积法做数值分析，采标准紊流模式，Pr=0.9，喷口直径d=6.35mm，雷诺数约20000。Garimella和Nenaydykh【7】针对冲击冷却的喷嘴几何形状，设计探究更有效率的喷嘴形式，
其利用液态喷流(FC-77) 对热源做冷却冲击， 雷诺数范围8500~13000，Pr=25.3，喷嘴出口温度固定20℃。Malin【8】和Spalding【9】分别使用标准k ?ε 模式和k ?ω 模式的变化，加以利用PHOENICS综合行变程序(marching-inegration)计算自由喷射与冲击壁面喷射，其中包含紊流动能增加项的无旋应变项，一般来说能改善紊流伸展率，作紊流剪应力与紊流动能的预测改善，使其接近喷射或冲击壁的中心，但在外部区域会有点偏离。Srinath和David【10】喷流冲击表面为各种不同形状的小凹洞，将平均雷诺数定在4800~14800，并藉由改变凹洞的深度，采瞬时的液体晶格技术来量测热传量。San和Huang及Hsu【11】以空气为工作流体，探讨狭窄圆喷射冲击冷却中，各种H/d值、Re、表面热传率与加热宽度对热传量之影响。

 

标签： 点击： 评论: