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随着电子设备集成度的提高和向微型化的发展,热流密度不断增加,散热问题已成为制约电子技术发展的主要因素之一。散热器和风扇组合的强迫风冷技术具有设计简单、使用方便、成本低廉等优势,是目前电子设备中应用最广泛的冷却技术。由于板翅式散热器内部流场的复杂性,这使得实验研究受到许多限制。而采用CFD软件对其温度场和流场的数值模拟分析,可以清楚的了解板翅式翅片内部流场的压力、温度、速度等气动热力参数的分布和变化情况,优化其几何结构参数,从而大大降低实验设计费用,缩短设计周期。
本文首先对电子器件散热技术及强迫风冷散热器的国内外研究现状和发展进行了回顾,然后用Fluent软件对板翅式换热器的流场和温度场进行了数值模拟,建立了板翅式换热器的三维几何模型,选择了三维不可压缩模型耦合隐式求解方法建立了散热器物理模型和数学模型,采用控制容积法对散热器的速度分布和温度分布进行了计算,获得了空气在通道中的流动和换热细节,加深了对散热器流动特性和换热性能的认识。在此基础上,采用一个综合考虑散热量和消耗功率的无量纲品质因数QF来评价散热器的综合性能,研究了翅片厚度和高度,散热器内气流组织方式和散热器空气进口的翅片形状这三个因素在不同的速度下对综合性能的影响。最后,建立了强迫风冷散热器测试系统,对散热器进行了换热性能实验。将数值模拟的计算结果同实验部分的结果进行比较,可以看到二者有较好的吻合,表明所建立的模型和选用的数值计算方法是合理的。
本文对板翅式换热器内的气流流动和温度场进行了比较全面的数值模拟,具有一定的学术意义和工程应用价值,为其优化设计提供了依据。