散热理论与场分析基础讲义

1、散热理论与流场分析基础basic theory of heat transfer & air flow analysisdwhd-si-era2007.05.18摘要abstractn热传的重要性n传热的三种方式npc系统主要发热元件及散热方式ncfd理论基础n散热设计与流场分析热传的重要性n涉及范围广泛： 能源动力，化工制药，航空，机械制造n温度影响元部件工作性能：电脑的重要部件由晶体管组成，温度对二极管性能的影响非常大n温度影响元部件寿命：温度过高对风扇与硬盘等其他的零件的寿命影响也非常大。对风扇来说，温度每上升10度，其寿命缩短一半。传热的三种方式1.导热2.对流3.热辐射传热的

2、三种方式导热n导热（热传导）物体各部分间不发生相对运动，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热。热流量，单位时间内流过 给定面积的热量(w)导热系数(w/(m.k)a导热面积(m2)传热的三种方式导热n导热系数 物性参数n物质热传导率的性质： 钻石 传热的三种方式对流n对流： 由于流体的宏观运动，流体各部分间发生相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程称为对流。h对流传热系数(w/(m2.k)传热的三种方式对流n传热方式：传热的三种方式对流n对流传热系数 这是衡量流体（液体或者气体）向固体（或者从固体导体）传导热量的效率。影响这个参数的因素很多，比如流体密度、

3、流体速度、流体粘性、固体几何型态等等因素。 传热的三种方式热辐射n热辐射 物体通过电磁波来传递能量的方式叫辐射，其中因热的原因发出的辐射叫做热辐射。=af1-2(t4surface-t4surr) 代表热辐射率 代表史蒂文波尔兹曼系数 a 代表物体的表面积 f1-2 代表辐射热交换的角度和表面的函数关系， tsurface 代表物体表面温度， tsurr 代表物体周围环境温度pc系统主要发热元件及散热方式cpugmchichmemorymosfetpc系统主要发热元件及散热方式icnichddoddpc系统主要发热元件及散热方式n元件的组成一般为： 功能核心（发热核心）+外部封装n元件的热量传

4、递：发热核心封装表面导热封装表面对流环境强制对流系统辐射传热所占的比重很小，但对于自然对流系统，则必须考虑辐射传热cfd理论基础ncfdcomputational fluid dynamics单纯实验测试单纯理论分析cfdcfd即为流动基本方程下的数值模拟cfd理论基础n流体的性质：粘性、热传导、扩散n流动： 层流，紊流cfd理论基础n流动基本方程控制方程n连续性方程(质量守恒方程) 单位时间内流体微元体中质量的增加，等于同一时间间隔内流入该微元体内的净质量。n动量守恒方程 微元体中流体的动量随时间的变化率等于外界作用在该微元体上的各种力之和。n能量守恒方程 微元体中能量的增加率等于进入微元体

5、中的净热流量加上体力与面力所做的功。cfd理论基础n流动基本方程控制方程(通式) 展开密度（kg/m3）u速度矢量（m/s）cfd理论基础ui 微元体沿i方向的速度分量，i=x,y,z;流体动力粘度（n.s/m2）t 温度（k）k 对流传热系数c 比热容（j/(kg.k)）s 广义源项cfd理论基础n控制方程的离散化 有限差分法(finite difference method fdm) 用差商代替微商 有限元法(finite element method fem) 将系统划分网格，节点间通过插值函数与节点关联， 通过极值原理将控制方程转化为节点的代数方程。 有限体积法(finite volu

6、me method fvm) 将计算域划分为不重复的控制体积，对微分方程在控制 体积上作积分，从而得到关于网格点为变量的离散方程组。xuuxuninini1,cfd理论基础ncfd求解过程建立控制方程确立初始及边界条件划分网格，生成节点建立离散方程离散初始及边界条件给定求解控制参数求解离散方程解是否收敛否是显示和输出结果散热设计与流场分析nspec.高的组件尽量放在一起，spec.低的组件不要靠近发热量大、spec.高的组件n散热膏的对散热模组影响很大，选取非常重要nheat sink 翅片的高度与间距搭配n风扇入口至少3mm应避免有障碍物以免阻抗影响风扇流量n高发热元件尽量放在流场好的地方n散热设计与流场分析ncfd分析的软件: fluent、starcd、flow3d、cfxn针对热传和流体的软件（pc系统）: fluent (icepak、flotherm)散热设计与流场分析n根据给定条件拟定设计方案 环境： tamb=50c，灰尘大 方案：系统尽量密封，尽量不使用外部风扇 cpu，gmch，ich热量尽量引到系 统外部 散热设计与流场分析n建立模型，设置边界及初始条件散热设计与流场分析n网格划分散热设计与流场分析n设置监控点，计算得出结果散热设计与流场分析n结