CPU 散热分析与优化设计

CPU散热器热分析与优化设计.pdf (684.7 KB)

CPU散热器热分析与优化设计
周建辉,杨春信(北京航空航天大学航空科学与工程学院　北京　100083)

摘　要:利用CFD 方法分析了平板直肋片散热器特性,通过多元线性回归建立了散热器换热和流动准则关系式,提供了散热器热阻和熵产率具体表达式;结合熵特性以本文提出的准则关系式采用约束条件的遗传优化算法对散热器结构进行多参数优化,优化结果与特性分析结论和相关文献吻合。

关键词:CPU 散热器;数值模拟;准则关系式;熵产率;优化设计
中图分类号: TP303 + . 2 　　　　　文献标识码:B 　　　　　文章编号:1004 373X(2006) 18 001 04

Design and Thermal Analysis of CPU Heat Sink   ZHOU Jianhui ,YANG Chunxin
(School of Aeronautic Science and Engineering ,Beijing University of Aeronautics and Ast ronautics ,Beijing ,100083 ,China)
Abstract :Computational Fluid Dynamic (CFD) is used to analyse characteristics of plate fin heat sinks ,the correlation between heat sink and fluid by multivariate linear regression is built . Specific expression of thermal resistance and the rate of ent ropy generation are offered. The multi parameter const raint optimization procedure ( Genetic Algorithms) based on the minimization of ent ropy generation resulting f rom viscous fluid effect s and heat t ransfer are carried out on the plate fin heat sinks ,optimization result s coincide with previous analysis and related document s.

Keywords :CPU heat sink ;numerical simulation ;correlations ; rate of entropy generation ;optimization


1 　引　言
CPU 散热器是将CPU 核心热量迅速导出的关键,目前在电子产品中得到广泛应用。散热器按冷却技术分主要有3 类:空气对流换热(被动、半主动、主动) 、液体冷却换热(水、油和氮气冷却) 和相变循环系统(热管) 。被动型空气冷却散热器主要依靠自然对流交换热量,是20 世纪的90 年代以前CPU 散热的主要途径。随着电子元器件的功耗加大,出现了靠机箱风扇带走热量的半主动型散热器。进入奔4 的21 世纪以来,CPU 的高热流密度(103～105 W/ cm2数量级) 的产生成了一股不可抗拒的趋势,于是芯片的冷却问题就越来越突出, 依靠专用风扇冷却CPU 的空气强迫对流主动式散热器应运而生。由于制造成本低廉、工艺简单、具有良好的可靠性,相对于液体冷却无需额外的装置和冷却介质等优势,空气对流换热散热器在目前散热器设计中占有主要地位[1 ] 。
散热器性能同时受到几种互相矛盾、冲突的参数或特性的作用,其中的每一项都希望有更好的表现,但偏偏都是“牵一发而动全身”的互相影响着,很难令所有表现全面提高,即便做到了,也一定会面临着加工、成本等方面的制约,只能尽量在混乱中寻求一种平衡。例如肋片数增加能扩展换热表面,从而降低对流换热热阻,但过多的肋片会导致摩擦阻力增大,换热表面流速降低,最终换热热阻不降反升,这就是目前的散热器设计者们所面临的处境。计算流体力学和熵产最小化原理[ 1 ,2 ] 的发展为散热器设计提供了解决方法: 计算流体力学可以根据设计者设定的材料、部件参数,模拟散热器使用过程中热量的分布,为设计者对产品规格或设计进行调整提供了参考;熵产最小化原理( EMG) 阐述传热学领域中日益重要的热力学概念,他是真实系统热力优化的一种方法。真实系统由于传热、流体流动、传质的热力不完美性产生了熵产。作为工程研究的一种方法,EMG 的目的是使热力学和传热学更具有适用性。利用EMG 可以通过参数分析获得几种强化方式的能量综合利用效果,还可以确定合理的流动工况参数、结构参数和合理的强化形式。

有点 黑，要这么多金币

少要点啊 也让大家都能学习啊 ！没辙！下不了