基于ANSYS技术的CPU热管式散热器换热规律实验研究与数值模拟(2)

可以看做稳态热传导问题。

( )忽略辐射换热。 4

2数学物理模型图 3() b a、()分别为热管式散热器与普通翅片散热器的二维简化模型，其结构几何参数为：热源 C U长a P=

3结果分析图 4和图 5别是热管式散热器与普通翅片散热器分在 C U功率 4 w下工作 1 0时的温度分布图。从图 P 0 0 8 s

0 2 . 5m,宽b . 0=0 2m,高h . 75 0=00 m,热管和翅片高 0 度均为 0 5 . 0 m,其问隔均为 004 . 0 m,热管直径与翅片厚度均为 00 5 . 0 m,热管数和翅片数为 9个。模型外部通过空气自然对流进行换热，取间罔空气选用室温 2 0℃,空气对流换热系数 1W/m℃) 2 ( -。

中可以看出热管式散热器的温度分布几乎没有梯度，整

个散热器的温度分布比较均匀，这也与热管的等温特性相吻合。而普通翅片散热器在 1 0时，整个散热器的 0 8 S温度分布成明显的梯度分布，梯度跨度较明显，越靠近热源处温度越高，温度最大值处在 C U发热块中心处， P 温度值为 326,而热管式散热器发热块中心处最高温 4 .K度为 3 71,这比普通翅片散热器低 1. 2.K 5 5℃。

() a热管式散热器二维简化模型

()通翅片散热器二维简化模型 b普

图 3散热器二维简化模型3 6

罔 4热管式散热器工作 1 0时的温度分布 0 8 S

书热备加设

工加》3 29第期业热第8 0年 6卷0空气为自然对流，流速分别取 02 .,0/,环境温 .,0 4 .m s 6度2 0℃。图 8显示的是不同空气流速下三个测点测量出

的温度特性参数与模拟计算

出的温度特性参数，对于测量数据，采用多次测量求均值的方法以消除随机误差的影响，数据表明，当自然对流下空气流速为 0 s时，模拟计 . m/ 4

算值与实验值最为接近，其中测点蜀误差最大，其模拟计算值与实验值相差 41这是由于 C U与热管接触处导 .℃, P

热硅胶热阻所致。因此应用数值模拟的方法研究 C U热 P管式散热器换热特性是可行的。

图 5普通翅片散热器工作 1 0时的温度分布 0S 8

随着电脑配置的逐渐提高，C U的功率也不断增加， P 本文还考察热管式散热器和普通翅片散热器不同功率下 C U中心点的温度随时间的变化关系， P如图 6和图 7所示。从图中可以看出，在 90S之前中心点的升温比较快，在 090~ 1 0之间温度上升比较缓慢趋于平行，在 10 0 0S 8 80S

之后达到了稳定状态，在 3 W和 4 w的情况下，热管式 0 0

图 8实验值与计算模拟值对比

散热器和普通翅片散热器中心点的温度最大值都<7 5℃,在 C U所能承受的正常范围内。 P但是在 5 W和 7W的情 0 0

4结

论

况下，普通翅片散热器中心点的温度值已经达到 8 5℃以上，已经超出了 C U所能承受的范围，无法满足换热要 P求，而热管式散热器中心点的温度仍然< 5 7℃,所以使用

本文通过有限元方法，利用 A Y NS S软件对 C U普 P通翅片管散热器与热管式散热器数值模拟分析，得到如下结论：()在稳定状态时，热管式散热器较普通翅片散热 1器具有极强的热传导性能，热管式散热器 C U发热块中 P心处最高温度相比普通翅片散热器低 1. 5℃; 5 ( )当 C U功率超过 5 2 P 0w,普通翅片散热器 C U P温度超过 8℃无法满足换热要求，而热管式散热器 C U 5 P温度低于 7 5℃,完全达到换热效果：

热管式散热器可以满足 C U在高功率下也能正常使用。 P

( )当自然对流下空气流速为 0/时，模拟计算 3 .m s 4值与实验值最大相差 41因此应用数值模拟的方法研 .℃,究 C U热管式散热器换热特性是可行。 P参考文献：

图 6热管式散热器在不同功率下的温度曲线

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应用【 .电 2 J】脑开发与应用，2 0, 1 ( ) 94 . 04 7 2:3—1

[]李 3

皴，张永恒. P散热器换热特性的数值研究【 .制 CU J]

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图 7普通翅片散热器在不同功率下的温度曲线

取 C U稳定工作所需时间为 l 0 C U功率 4 w, P 0,P 8 S 0

【】 7杨世铭，陶文铨.传热学[ . M]北京：高等教育出版社，2 0: 061 6— 67 6 1 .

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