CPU散热技术（共5篇）
CPU散热技术 篇1
摘要：随着人们对计算机紧凑性设计的要求越来越高, 计算机的CPU芯片也在朝着高度集成的方向不断发展, 由此造成其在性能方面对温度也更加敏感, 其散热技术也成为了相关领域的研究热点。本文在此就分析了高温对计算机CPU性能影响机理和计算机CPU芯片的散热技术发展, 希望能为这一领域的相关研究提供有益的启发。
关键词：高温,计算机,CPU,影响机理,散热技术
在当今时代电子计算机已经深入到社会生活和生产的各个方面, 促使人类社会步入了信息化时代。在电子计算机的帮助下, 数据的更新和处理能力也实现了飞跃式的发展, 但是这种高度集成的计算机芯片的产生和应用, 也使得其对芯片散热技术有着更高的要求, 并且已经成为了相关领域研究的热点问题。
1 高温对计算机CPU性能影响机理
当计算机芯片的温度过高时, 其工作处理性能就会受到很大的影响, 甚至会导致整个计算机工作的瘫痪。相关研究表明高温对计算机芯片性能的影响机理主要是“电子迁移”的现象。其被发现和认识在上世纪五十年代中的微电子科学领域, 主要是指一种金属原子受到电子的流动的影响而产生移动的现象。在这种原理的作用下, 高强度的电流会使得为电子的流动带来较大的动量, 从而使得金属原子也受到电子的流动的影响而产生移动, 最终移动的金属原子就会在原本光滑的金属导线的表面道出流窜, 从而造成了其表面的凹凸不平, 而对集成电路内部造成永久性的损害[1]。从时间上来看, 这是一个较缓慢逐渐积累的过程, 当这种“电子迁移”的现象使得损害 (凹凸不平) 达到一定程度时, 就会使得计算机芯片的内部导线产生短路或断路的现象, 并且之后情况会越来越严重, 直到CPU最终报废。在高温对“电子迁移”现象的影响中, 温度越高, 电子流动对金属原子产生的动量作用就会越大, 而CPU在高温的影响下, 其内部导线通路被最终损害的时间就会越短, 在这种情况下CPU的使用性能也就受到了影响, 而CPU的最终使用寿命也就会变得更短。
2 计算机CPU芯片散热技术的发展
2.1 传统芯片散热技术
这类CPU散热技术由于发展时间较长, 已经在理论、实验和应用中取得了较为成熟的发展, 并且由于其技术工艺较为简单、价格较低的优势, 在芯片散热技术应用市场中占领着统治的地位。但是传统芯片适应不了高热流密度的散热应用, 其整体散热性能较差, 并且运动部件在传统散热装置中的应用也降低了系统的可靠性和使用寿命, 并且容易带来噪音污染, 所以在技术不断发展的趋势下, 这种传统的芯片散热技术也需要不断地实现发展完善, 才能不会被淘汰, 其中典型的传统散热技术的代表主要包括以下: (1) 风扇冷却。由于其技术工艺成熟简单和较低的价格优势, 风扇冷却在传统的CPU散热技术中一直占有着主导性的地位, 尤其是个人电子计算机的使用领域, 但是风扇散热技术的噪音污染是其重要的缺点, 所以对风扇冷却的改进要集中在叶形和流道的优化, 以及降噪的研究方面; (2) 气体压缩制冷。在科技不断发展的过程中新的工质也不断地被发现, 并应用于CPU散热中, 其主要是应用于满足终端服务器被集中放置的散热需求, 并且有着广阔的发展空间; (3) 宏观管路水冷。这种装置的散热效果要好于第一种, 并且噪音污染小, 目前也得到了较为广泛的应用; (4) 热超导管散热技术。这种散热技术的原理主要是利用工质的相变来传导热量, 在热导能力方面, 它甚至比铜都还要高出几百倍, 目前其已经成为CPU散热技术的发展趋势; (5) 除此之外, 还有包括热电和热声制冷等CPU散热技术, 但是由于目前其在应用方面还存在着较多的缺点, 有待于进一步优化, 所以其在广泛应用方面还需进一步研究。前者主要是体现在热点材料、热电堆的布置、以及制冷器件的机构优化当面, 后者主要是当前的微型热声制冷机还不能满足高功率芯片的散热要求, 这也就限制了其进一步的应用[2]。
2.2 新兴芯片芯片散热技术的发展
1) 液态金属冷却。这种冷却技术的冷却工质主要是利用了低熔点的金属或其合金来现实CPU对散热的需求, 但是当前的电磁泵并不能为高粘性的液态金属提供理想的流速动力, 从而使得CPU散热的效果实现也并不理想, 这是当前业态冷却技术中需要关注的重点之一。而且当且对于液态金属冷却工质的研究多是停留在低熔点的二元合金上, 对于三元和多元合金及纳米合金的液态金属研究并不深入, 并且当前液态金属冷却装置的集成度和微型化方面也不理想。
2) 微槽群散热。这种CPU散热技术原理基础主要是利用了相变散热, 而其中受到国内外学者关注和研究较多的就是微槽群散热。如国外的矩形和三角形微槽群相变散热系统已经被设计出, 国内也出现了开放式的矩形微槽群相变散热系统, 它们都已经在理论和实验方面取得了较大的发展。而且有些学者还实现了将它与平板换热器的结合, 而获得了更加优良的散热效果。
3) 纳米微其流冷却。这种CPU散热技术主要是利用空气分子电离技术来获得纳米级气流从而满足制冷散热的需要。主要是将两个距离很近的电极安装在CPU的表面, 然后利用电极来电离空气, 从而造成不平衡的电荷以破坏CPU表面的传热边界层, 这就使得芯片与外界的传热效率被大大提高了, 而且由于其没有运动部件, 所以综合来看其有着非常高的优越性。
4) 合成微喷即振动制冷。这种CPU散热技术主要是利用振动的原理, 使得气体工质在其作用下由腔内做吸进或喷出的作用, 从而通过连续的射流场作用, 而获得散热效果。它能将热边界层有效地破坏掉, 从而实地壁面换热系数被提高, 因此也就有着较高的冷却效率。
3 结论
总之, 高温对CPU的性能发挥和使用寿命有着较大影响, 甚至会导致整个计算机工作的瘫痪。所以计算机CPU芯片的散热技术对于控制高温对其自身性能的影响占有着重要的意义。就当前的情况来看, 其散热技术的发展主要可以分为传统芯片散热技术和和新兴芯片芯片散热技术, 但是每种类型的技术都还存在着或大或小的弱点, 所以为了更好地促进计算机CPU芯片的散热技术的发展, 还需要相关研究人员付出更大的努力。
参考文献
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[2]王鹏, 叶立, 许伍, 等.计算机CPU热管散热器换热性能研究[J].制冷, 2011, 30 (1) :5-9.
CPU散热技术 篇2
散热风扇的价格越昂贵，并不代表接风扇的功率就大、转速就快。其昂贵的价值可能会体现在风扇制作材料比较好、风扇的品牌知名度高以及风扇需求量大或者是拥有其他辅助功能等方面上，假如风扇的高价是由这些原因引起的，那么购买回来的高价风扇不见得所有功能都适用于所有消费者的电脑，
另外散热效果的好坏，不仅仅只与散热风扇有关，还与散热风扇是否能与CPU协调配合有关，从这个意义上来看的话，假如高价风扇不能与自己电脑中的CPU有效进行配合，不但不会达到理想的散热效果，严重的话还有可能损坏CPU。
CPU散热技术 篇3
随着现代社会的飞速进步,计算机已成为人们工作、生活、学习中的重要帮手,这就促使其性能不断地提高来满足人们的需要,但同时也随之产生了一些问题。比如由于CPU芯片的集成度、封装密度以及工作频率的不断提高,导致它的功率不断增大,发热量惊人上升。CPU温度过高将会影响计算机的可靠性及稳定性,Intel和AMD两大巨头的CPU产品的最高允许工作温度分别为70 ℃和80 ℃[1]。Bar-Cohen等[2]指出电子元器件的温度若超过正常工作温度,每升高2 ℃它的稳定性将降低10%。所以在CPU芯片上加装散热器将产生的热量散发出去,使其维持在正常工作范围内,成为现今研究的一个热点。
目前,计算机使用最多的CPU散热方式为风冷散热,它是最为传统的,也是最成熟的一种散热方式。它的原理简单来说就是通过散热片将热传导出来,再通过风扇转动,加强空气流动,通过强制对流的方式将散热片上的热量传至周围环境。风冷式散热法的主要优点是结构简单,价格低廉(比较其它散热方法),安全可靠,技术成熟。所以适合广大一般用户。
依据散热片的材料,市场上的风冷散热器主要有全铝、全铜和铜铝复合式三种。一般说来,铜的导热率比铝要高,但并不是全铜的散热器就比铝的和铜铝复合的好,因为铜虽然在吸热速度上比铝快,但在放热速度上却恰好相反。铜铝复合式兼顾了两者的优点,成为主流产品。
前人的研究[3,4,5,6,7]主要是对平直翅片型风冷散热器,大多将其放在流速均匀的水平流道中做实验测试和数值模拟来分析其散热性能,获得了一些有益结论。文中对一款典型的铜铝复合型散热器的散热性能进行了实验测评,散热器结构如图1所示。
1 实验测试装置及过程
由于CPU冷却一般是采用轴流风扇加散热器的冷却方式,即射流式。该实验将散热器放在圆形截面形状的风道中进行研究,对散热器进行射流送风,如图2所示,风道长度足够使来流充分发展,以便电球式热风速计测量风速。采用电阻丝模拟实际的CPU芯片发热,将其置于保温盒中,使其产生的热量几乎全部由散热器导出。散热器与发热装置间放有云母片和2 mm厚的铜板,在铜板上布置E型热电偶测量散热器底部中央温度,近似为CPU表面温度。散热器与铜板间涂上导热硅脂,填充散热片下表面与铜板表面之间的细小缝隙,把CPU所产生的热量迅速均匀地传递给散热片,从而最大限度的增加散热片与CPU的接触面积,使散热效果达到最佳。实验通过接触式调压器改变输入功率和风机送风量,测量在不同功率、不同风速下的CPU表面温度,利用温度计测量进出口风温。
2 散热性能评价方法
Christian Belady[8]提出了对散热器性能的评价应该标准化,陈希章等[9,10]探索出从散热器的瞬时储热能力和热阻,以及CPU表面温度三个方面进行散热器性能评价的标准方法。瞬时储热能力即是迅速吸热能力,使CPU通电瞬间所产生的高热量不会将芯片烧坏。散热器的总热阻R
3 实验结果及讨论
实验首先测试了在相同风速条件下,改变输入功率时散热器的散热性能。图3反映的是风速为1.0 m/s时,功率分别为65 W,86 W,100 W,120 W,130 W时的CPU表面温度的变化过程。从图3中可以看出,对模拟芯片加热后,在开始的一段时间,由于CPU通电瞬间,发热量很大,CPU表面温度迅速上升,后逐渐趋缓至稳定值,即达到热平衡状态。在相同风速下,输入功率越大,CPU表面平衡温度越高,且阶跃值越大。当功率从120 W上升至130 W时,CPU表面最高温度从57.2 ℃跃至65.7 ℃,接近CPU最高容许温度。图4和图5是风速分别为1.5 m/s和2.4 m/s时的散热全过程,当功率为130 W时,CPU表面最高温度分别为53.6 ℃和49.6 ℃。可见,风速对散热器的散热性能影响较大。
测试散热器在不同气体流速下的散热性能是评价散热器的最主要方法。图6即显示了风速对散热器散热性能的影响,在相同功率下,风速越大,CPU表面平衡温度越低。在低风速下,功率对散热性能的影响较大;但随着功率的增大,风速的增加对其性能影响的显著性降低。当风速达到2.4 m/s时,噪音增加,散热器综合性能降低。可见在不同功率下,都存在最优冷却风速。所以在散热器上加装可调节转速的风扇,那么在CPU闲置时和发热量低的情况下可以低速运转,降低了噪音。在CPU满负荷运行状态下高速运转,满足其散热需求,从而提高了散热器的综合性能,能较好地满足CPU发热量在120 W以下的散热需求。
上述各图是从瞬间储热能力和CPU表面温度两个方面反映散热器的散热性能,图7则是从热阻方面来分析散热器的性能,从图中可以看出在相同功率下,风速越大,热阻越小,风速从1.0 m/s升至1.5 m/s,热阻减小幅度大;风速从1.5 m/s升至2.4 m/s,热阻降低幅值减小,特别是功率在65～86 W时,且并非风速越大热阻越小;功率在100～120 W之间时,风速增大对热阻的降低影响较为明显,可见在功率较低时采用高风扇转速,不仅增加了噪音,且不能显著提高散热性能,甚至降低散热性能。在相同风速下,功率从65 W上升至86 W时,随功率的增大,热阻明显增大;功率增至100 W时,热阻降低,此时散热器的性能得到了很好地发挥;功率继续增大,热阻增大的幅值降低。可见相对风速对散热性能的影响,功率对其影响较小。
4 结 语
通过对该款散热器性能的测试,在Intel设计要求下,满足Intel Core2 Duo系列,Intel P4 LGA 775 3.4 GHz的散热需求。一般来说,在相同功率下,风速逐渐增大,CPU表面平衡温度越低,热阻越小,散热性能越好。但并非风速越大其性能越好,风速增大所产生的噪音,降低了散热器的综合性能。所以应该在散热和静音之间找到平衡点,以保证计算机的整体性能。实验所设计的的测试平台具有通用性,为后面对其结构上的进一步研究打下了基础。虽说现在许多新型散热器不断涌现,但因其技术的不成熟,价格昂贵等原因都不能得到广泛应用。传统的风冷散热器技术已经相当成熟,对其进行结构上的改进,使其满足现今日益飙升的发热量是可行的,且有一定的研究价值。
参考文献
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CPU散热技术 篇4
关键词：CPU,风冷散热器,散热性能
1. 引言
为了提高运算性能, CPU单位面积内集成的晶体管数量不断增长, 导致总的能量消耗以及因此而转换的热量直线上升。若不能有效解决散热问题, 系统的稳定性将会受到严重的影响, 高密度集成技术就不能被应用, 从而成为阻碍CPU发展的一大瓶颈[1]。
目前主要的散热技术有风冷散热、水冷散热、液冷散热、热管散热器散热、半导体致冷片散热、压缩机辅助散热和液氮散热等。其中风冷散热因其安装简便、成本较低、散热效果明显、适应性强、产品更新换代灵活等特点成为当今散热技术的主流。所谓风冷, 就是利用空气冷却的一种方式, 这种散热方式可以解决通常的散热需要, 因此风冷散热是现在最为常见且使用率最高的一种散热方式。
2. 风冷散热器基本结构
风冷散热器由散热片、扣具、散热风扇、导热介质四部分构成, 再加上环境因素, 就形成了影响风冷散热器散热效果的五大要素[2]。
(1) 散热片:负责吸收热源发出的热量 (通过传导方式吸热) , 并将吸入的热量放出 (通过强制对流方式放热) 。
(2) 扣具:固定散热器, 用压力确保散热器底部与处理器表面良好接触, 保证散热片与热源有一定的接触面积, 充分发挥散热效果。
(3) 风扇:提供一定风量、风压的气流, 在气流与散热片表面之间进行强制对流散热, 通过空气把传递到散热片的热量及时带走。
(4) 导热介质:减少或克服散热器底部与处理器表面接触不充分而产生的接触热阻, 填充缝隙, 增大热源与散热片的接触面积, 增大热传导量。
(5) 环境:提供一定温度、一定压力下的冷流体 (空气) , 将传递至散热片的热量进行对流换热, 并散热到空气中。
3. 风冷散热器传热原理和传热过程
热量传递的基本方式有三种, 即热传导、热对流和热辐射。热传导是两种温度不同的物体之间, 或同一物体但温度不同的两部分之间, 因直接接触而引起的热量交换。热传导的基本公式为"Q=K×A×ΔT/ΔL", 其中Q代表热量, 也就是热传导所产生或传导的热量, K为材料的热传导系数, A代表传热的面积 (或是两物体的接触面积) , ΔT代表物体两端的温度差, ΔL则是物体两端的距离。因此, 从公式可以看出, 热量传递的大小同热传导系数、传热面积成正比, 同距离成反比。热传导系数越高、传热面积越大, 传输的距离越短, 那么热传导的能量就越高, 也就越容易带走热量。热对流指的是流体 (气体或液体) 与固体表面接触, 造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。热辐射是一种可以在没有任何介质的情况下, 不需要接触, 就能够发生热交换的传递方式。对于风冷散热器而言, 热传导与热对流是主要的热量传递方式。热源 (CPU) 将热量以热传导方式传至导热介质, 再由导热介质传至散热片基部, 由基部将热量传至散热片鳍片并通过风扇与空气分子进行受迫对流, 将热量散发到空气中。风扇不断向散热片吹入冷空气, 流出热空气, 完成整个散热过程。
4. 影响散热器散热性能的因素分析
合理选择散热器, 正确安装和维护, 才能保证CPU始终处于良好的工作状态。因此, 选择散热器时要充分考虑影响散热器散热性能的因素。
(1) 材料工艺。散热片选用较高导热系数的材料对提高热传导效率很有帮助。导热系数越大, 导热能力越强。在金属材料中, 银的导热系数最高, 但成本高, 纯铜其次。但是, 铜的比重比铝大, 不符合散热片重量限制的要求;铜材价格昂贵, 易氧化;红铜的硬度不如铝合金, 某些机械加工 (如剖沟等) 性能不如铝;铜的熔点比铝高很多, 难以挤压成形, 导致其加工难度大, 加工成本高的问题。另外, 与铝比较, 铜的热容量更小, 也就是说, 其本身不能储存更多的热量, 这个弱点显示在散热器上, 就是当电脑关机, 风扇停转后, CPU内积蓄的热量无法很快被铜质散热片带走, 这样便会大大缩短配件的正常使用寿命。在风冷散热器中一般用6063T5铝合金, 这是因为铝合金的加工性好 (纯铝由于硬度不足, 很难进行切削加工) 、表面处理容易、成本低廉。但随着散热需求的提高, 综合运用各种导热系数高的材料, 已是大势所趋。部分散热片采用铜铝结合的方式来制造, 散热片底部采用纯铜, 是为了发挥铜的导热系数大, 传热量相对大的优点, 而鳍片部分仍采用铝合金片, 是为了加工容易, 将换热面积尽可能做大, 以便对流换热量增大。铜铝的结合应用, 既保证了散热器重量不超标, 又可控制成本, 也取得了很大的效能提升[3]。
(2) 加工工艺。根据热传导理论, 导热量与接触面积成正比, 接触面积越大, 散热片鳍片越多, 散热效果也就会越好。但鳍片的间距不能过密, 过密不利于空气的对流, 热量不能及时散发。其次, 鳍片的高度越高, 也可获得更大的有效散热面积。另外, 散热片的底部必须保证有足够的厚度, 这与高热传递时, 散热片的热容量有关。散热片底部的功能是要将热源的热量大量吸走, 如果底部厚度不足, 散热片的热容量则不足, 传热量会受到限制, 提高了散热片壁面温度, 散热片周围空气温度上升, 气流动力粘度因空气温度的上升而增大, 导致空气流动受阻, 散热片与空气对流换热量将减小, 对流换热热阻加大, 热源的温度就无法降到理想的程度[4]。
(3) 扣具。CPU散热器的扣具是固定散热片和CPU插槽, 确保散热器底部与处理器表面良好接触的散热器配件。扣具的质量优劣和设计的好坏直接关系到散热器的安装方式、散热效果和芯片的安全, 主要包括安装简易性、重心位置、压紧应力和抗震动能力。扣具重心与CPU的DIE的中心重合, 才能保证散热器与CPU的DIE充分接触。扣具的压紧应力的大小也必须控制, 既要保证散热器底部与处理器均匀受力, 也要防止压力过大压坏处理器或压力过小产生间隙, 增加热阻。
(4) 导热介质。由于散热器底部与处理器表面接触不充分会产生接触热阻, 存在于这些空隙中的空气对散热器的传导能力有着很大的影响, 利用导热介质能填充缝隙、增大热源与散热片的接触面积、减小热流距离、增大传热量。衡量导热介质工作特性的性能参数有导热系数、热阻系数、填充能力、 (下转第75页) (上接第43页)
较, 在此基础上阐述了他们的应用范围及发展前景, 为SOC设计中的总线选择提供了参考。
参考文献:
(上接第69页)
工作温度等。导热介质涂抹时应均匀, 能够覆盖CPU核心即可。另外, 导热介质长时间使用后会出现"干化"或"硬化"现象, 为保证系统稳定工作, 应定期清理并重新涂抹。
(5) 风扇。热量传到散热器的顶部后, 需要尽快地将传来的热量散发到周边环境中去, 就是要与周围的空气进行热交换。当热量传递给空气后, 和散热片接触的空气温度会急速上升, 这时候, 热空气应该尽可能和周围的冷空气通过对流等热交换方式来将热量带走, 对风冷散热器来说, 最主要的手段便是提高空气流动的速度, 使用风扇来实现强制对流。散热器风扇的效能 (例如风量、风压) 主要取决于风扇扇叶直径、轴向长度、风扇转速和扇叶形状。但是, 任何风冷散热器在运行时都无可避免的会产生噪音, 风扇转速过高会增大运转噪音, 在降温能力满足散热需求的情况下, 尽量选用低转速风扇。
5. 结束语
散热器是每台电脑都不可缺少的部件, 即使最强悍的CPU如果没有散热器的协助也不可能发挥出强劲的性能。一款设计解中。如下图所示, 红色的方块代表起始节点;绿色的方块表示目标节点;整个地图有白色, 浅灰色和黑色等方块拼接而成的。其中, 白色方块代表权重为0, 浅灰代表权重为20, 灰色表示权重为, 黑色方块表示其方块为不可通区域。连接起点和结束点的曲线为运用A*算法后所经过的路经。
就此类问题而言, 可将评价函数定义为节点到目标点的直线距离。显然, 如此定义的可以完全满足评价函数值达到最小值的要求, 即保证了所寻找到的路径为最优路径。
4.结束语
A*算法可以应用到基于规则格网数据的路径搜索中的。但在实际问题中, 路径搜索不仅要考虑高程信息, 还要权衡坡度、障碍、水系等影响因素。对估价函数中的, 加权后, 可以应用于有不同地形影响因子的最优路径搜索中, 具有一定的实际意义。
参考文献:
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11.张丽媛, 章军, 陈新华.三种SOC片上总线的分析与比较[J].山东科技大学学报, 2005年6月, 第24卷第2期
优秀, 做工精良的CPU散热器不仅能够保证系统长时间的稳定工作, 而且能有效延长处理器的使用寿命。因此, 在选择散热器时, 应充分考虑影响散热器散热性能的主要因素, 合理选择散热器的材质、几何尺寸和制作工艺, 在保证散热器体积小、重量轻的情况下达到更佳的散热效果。
参考文献
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CPU散热技术 篇5
1 散热片的结构模型和边界条件
为了便于模拟分析和计算,我们对CPU芯片作了简化,在Pro/E中建立了其三维模型如图1所示。散热片的材料是纯铜[2],密度ρ=8930kg/m3,比热容c=386J/(kg·K),导热系数λ=398W/(m·K)。基底尺寸是32×4×32,肋片的尺寸是32×0.5×10,肋片间隔3mm,基底与肋片通过爆破焊工艺连接。散热片放在均匀加热的金属平板上,其表面温度T=60℃,周围空气温度Tf=23℃,散热片与空气的自然对流系数h=5.42W/(m2/K)。图中灰色的位置安装5个热电偶来测量5组温度数据。
2 计算散热片5个测点的温度
散热片的热传递公式为[1]:
式中:A为散热面积,p为散热片的周长。
结合给定的边界条件,得到相应的传导矩阵和热载荷矩阵分别为:
再结合基座边界条件T=60℃,得到5个测点的温度是:
人们一直用式(1)来计算散热片的散热大小,但该式只考虑了对流换热,而忽略了辐射散热的影响[1]。
3 试验测量散热片的温度
把室温控制为23℃,给金属板通电加热,在温度稳定在60℃时,放上散热片,1min、2min和3min以后纪录5个测点的温度。把3次的结果取平均值如表1所示。
4 利用ANSYS对散热片进行热传递分析
4.1 散热片的有限元模型
选择PLANE55热分析单元进行分析求解,在计算过程中使用AUX12辐射矩阵生成器[3]。在ANSYS中直接建模,材料性能参数和载荷(即边界条件)如上所述。划分网格的散热片有限元模型如图2所示,施加对流和辐射载荷的有限元模型如图3所示。用Current LS求解器分析计算。
4.2 ANSYS的分析结果
进入通用后处理器POST1查看结果。图4是只考虑对流散热的散热片节点温度场等值线图,图5是同时考虑对流和辐射的散热片节点温度场等值线图。测点1~5分别对应着有限元中的节点892、873、853、833和814。应用List Results命令查看5个节点的温度值如表2所示。
5 对比分析所得结果
把式(2)中数据、表1和表2汇总如表3,三者温度梯度的变化如表4所示。
分析以上数据可知:
(1)只考虑对流散热,计算数据与ANSYS分析结果很相近。作者认为产生测点4和5的差异是因为热传递公式(1)以单个的肋片为分析对象,忽略了肋片之间的相互影响。
(2)比较实测结果和ANSYS综合结果可知,两者在测点3、4、5处的差别较小,而测点1、2的数据相差依次增大。产生这些差别原因:一是实际热电偶的测点与ANSYA中的节点存在差异;二是ANSYS中的材料是各向均匀传热[4],考虑加工等因素可知实际散热片在各个方向的热传递是不同的;三是试验中存在着诸多不定和人为因素会加大测量结果的不准确性。但两者的温度都趋于稳定且很相近,考虑上述因素,可以认为ANSYS的分析结果符合散热片的实际散热情况。
(3)对比ANSYS两组数据可知,两者第1个测点的温度差别较小,为0.275℃,其他4个测点的差别较大,最大为2.936℃。原因是测点1在基座上,所以温度梯度变化不大,而靠近基底的2、3测点受辐射的影响最大,其温度梯度变化最大。
(4)在ANSYS中只考虑对流散热,散热片温度降低了7.785℃,加入辐射散热,其温度降低了10.721℃。试验结果得到的温差为9.63℃,即辐射散热至少使散热片多降低了1.845℃,是对流散热温度变化的23.7%。
6 结语
通过以上的计算、测量、分析和比较表明,对于表面温度为几十摄氏度的一类散热片的散热问题,对流散热量与辐射散热量都是不容忽略的重要因素,必须同时给予考虑,才能更准确地反应散热片的真实热量传递,从而为散热片的设计和制造提供可靠的依据。
摘要：利用ANSYS对CPU芯片散热片进行了对流和辐射热分析,并对其进行了温度场模拟试验和热传递的数值计算,比较三者的差异可知在散热片的散热过程中,辐射散热是不容忽略的,从而为散热片的设计和制造提供了可靠的依据。
关键词：散热片,对流,热辐射,ANSYS
参考文献
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[2]周美玲,谢建新,朱宝泉.材料工程基础[M].北京:北京工业出版社,2001.
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