摘要：散热器是电脑的一个重要组件,电脑在工作的时候会生成大量的热量，这些热量如果不能及时散发出去，轻则导致死机，严重的话可能将CPU烧毁。散热器对CPU的稳定运行起着重要的作用，选购一款好的散热器在组装电脑时非常重要。一款直肋型散热器，其本身的结构对其散热性能具有重要的影响。对此大量学者对其进行了研究探讨。本文将基于数值模拟的方式研究不同结构的散热器的综合性能，建立散热器在实际工作时的物理模型，设置一定的边界条件，在此基础上对一款常见的直肋型散热器进行结构优化处理。本文的主要研究可归纳为以下几个方面：

1.散热器散热的形式和数值模拟

本课题的条件下，散热过程的主要原件有CPU热管、风扇、以及散热器翅片。在CPU的散热过程中，由于热辐射的强度有限，可以认为主要的散热方式为热传导和热对流。

在传热学的理论基础下，通过微元体的导热微分方程分析，可以得出常物性、稳态、三维且有内热源的控制方程。热对流方面，本课题属于强制对流的状态，由牛顿冷却公式可知，一个关键的因素在于合理的设置对流系数，才能更好的贴切实际的散热情况。

2.散热器自身结构尺寸对散热性能的影响

结构本身影响散热器性能的因素多种多样，本文主要讨论散热器翅片的厚度、宽度、及散热器翅片之间的间距对性能的影响。研究结果表明散热器的性能与散热器的结构紧密相关。在外部环境为20℃、CPU功率为70W、以及风速为1.0m/s等前置条件下，通过温度场的分布作为评价指标。最终认为散热器的厚度为1.5mm、宽度为43mm、散热器翅片间距为2.7mm时散热器的整机性能较优。

3.散热器外部条件对散热性能的影响

散热器的外部环境因素对散热器性能也具有重要的影响。本文主要讨论CPU工作功率和外部空气流动状态对散热器性能的影响。一般而言，CPU功率越大对散热器的性能要求就越高。风速越大，单位时间内的风量越大，带走的热量就越多，散热效果越明显。然而随着风速的增大，风扇的噪声也是要考虑的重要方面。仿真模拟采用瞬态研究，最终结果表明风扇风速的提高在不同功率下平衡温度降低平衡时间缩短。但高功率工作环境下，提高风速后温度下降的幅度较大。本课题的前提条件下，风速为1.0m/s是比较可行的风速。

关键词：散热器 结构设计 数值模拟 COMSOL Multiphysics 温度场分析

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论-1

1.1课题的研究背景-1

1.2国内外研究现状-4

1.3课题的研究内容-5

第二章 散热形式和数值模拟-6

2.1 散热类型和散热形式-6

2.1.1 热传导-6

2.1.2热对流-8

2.2 数值模拟简介-9

2.3 散热器材料选择-10

2.4 本章小结-11

第三章 散热器结构影响下的性能分析-12

3.1 散热器的物理模型-12

3.2 散热片整体和底部温度场分析-13

3.2.1 边界条件的设置-13

3.2.2计算区域的网格划分-14

3.2.3 APP开发器计算结果和分析-16

3.3 本章小结-23

第四章 外部环境对散热性能的影响-25

4.1 不同功率和风速影响下的温度分布-25

4.2 散热器整体的流场分布-30

4.3 本章小结-32

第五章 结论与展望-33

5.1 主要结论-33

5.2 论文主要的创新点-33

5.3 研究展望-33

参考文献-35

致谢-37