圆翅片叉排热管散热器流动和传热特性数值分析

　　1 引言

　　随着电子设备复杂性的增强，如果各种发热元件散发出来的热量不能够及时散发出去，就会造成热量的积聚，从而导致各个元器件的温度超过各自所能承受的极限，使得电子设备的可靠性大大降低，散热就成为电子设备发展的瓶颈之一，研究电子器件散热逐渐为大家所重视。

　　有关电子设备散热器的研究很多。S.M.B.Beck[1]设计了一种新型的板式散热器运用于电子设备散热中，通过优化板式散热器的结构来强化传热。胡艳[2]运用CFD 软件 FLUENT 对等截面直肋CPU 散热器侧送风强迫对流换热方式下，不同肋厚、肋高、肋间距的温度场进行模拟，获得了三种参数对散热器散热能力的影响规律和最佳参数。牛永红[3]通过对CPU 芯片水冷式散热器的翅片式、翅柱式、交叉柱式三种结构的三维物理模型，通过数值模拟比较分析得出翅柱式结果散热器的散热效果较好。苏成仁[4]设计了一种用半导体制冷降温的装置来提高 CPU 的散热效率，它用温度传感器检测电脑CPU 温度，当CPU 温度超过设定温度的时侯，控制电路供电使半导体制冷块制冷，使 CPU 温度保持恒定。

　　由于热管散热器相比于其他散热器在散热方面有很大优势，众多学者对热管散热器开展了大量的研究验证工作。陶汉中[5]运用理论分析、模拟计算和试验验证的方法研究与开发了热管式大功率电子模块散热器，为热管式大功率电子模块散热器走向市场奠定了基础。田明航[6]提出了利用热管技术对大功率LED( Light Emittlng Di-ode) 进行散热的构想，设计了LED 热管散热器的原理结构，并对其传热机理、传热路线和各传热阶段的热阻进行了定性分析和定量分析，建立了传热模型，导出了总传热系数的计算式，并给出了该

　　热管散热器的设计计算实例。在热管散热器优化这块，众多学者也做出了努力。诸凯[7]针对大型计算机服务器CPU 的耗能量，探讨了一种新的热管排布方式的散热器，并对其散热性能进行了实验研究。Naumann[8]设计了一个优化圆锥翅片的热管散热器的翅片形状的算法并使用测试模型进行测试。V.G.Pastuk-hov[9]介绍了一种环路热管电子散热系统。RJ.Jonn Are Myhren[10]通过改变内部垂直对流翅片的分布来增加散热器输出热量。Shati，A.K.A[11]研究了散热器后面的墙的粗糙度和发射率对散热量的影响。Cihat Arslanturk[12]对一个固定体积的散热器的内部几何尺寸进行优化。Kien FanCesar Hung Sam[13]在不增加功耗，不较少散热量的前提下，优化散热器的热力管网，减少总体重量。

　　本文建立了圆翅片叉排热管散热器的物理数学模型，并进行了数值模拟。分析了翅片厚度、翅片间距和排间距等散热器的结构参数对于散热器流动的摩擦系数和传热的传热热阻的影响，同时比较了不同参数下的的平均换热系数，为圆翅片叉排热管散热器的优化设计提供理论参考。