笔记本电脑cpu热电制冷散热器数值模拟的研究.pdf

东南大学硕士学位论文摘要当前笔记本电脑CPU的散热问题非常突出,即使是国际一线品牌,如联想、索尼、惠普、富士通等,其笔记本产品在CPU使用率持续超过70%的情况下,也频繁发生“死机" 的现象。本文在前人研究的基础上,针对现今CPU集成度越来越高,热流密度日益增加的发展趋势,以笔记本电脑用CPU高热流密度负荷下的散热冷却技术为背景,提出了一种以热电制冷系统为基础的散热器系统的构想,并对热电制冷散热器系统进行了热分析和热设计研究。针对笔记本电脑和热电制冷散热的特点,结合其散热机理,设计了笔记本电脑CPU热电制冷散热器结构。根据笔记本电脑CPU工作条件要求,对该散热器的散热性能进行了分析和结构优化。本文的研究工作主要包括以下几个方面:从热电制冷原理入手深入剖析了热电制冷散热器的制冷机理及工作特性;根据笔记本电脑的特点及其苛刻的散热要求,将热电制冷技术引入笔记本电脑的散热设计当中,提出两种构想,通过分析比较最终确定了一种较为理想的热电制冷散热器结构型式;在针对热电制冷性能的研究中选择了一种目前市场上较常见的热电制冷器,分析了该热电制冷器在最大制冷量工况、最大制冷系数工况和绝热工况下的工作情况,并联系实际应用情况,重点对最大制冷系数工况和最大制冷量工况进行了数值模拟研究;运用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT对热电制冷散热器矩形平翅片的传热特性进行了分析和数值模拟研究;结合热电制冷在笔记本CPU散热中的条件限制,有针对性的研究了在各种特定工况下散热翅片的散热性能,以及热电制冷器的工作状况;基于大量数值模拟结果,将热电制冷散热器与普通热管散热器进行了比较分析, 得出结论:热电制冷散热器能够在较低的风速下,保持笔记本电脑CPU工作在一个较低的表面温度状态;根据数值模拟结果,选择合适的工况参数作为模拟的边界条件,对热电制冷散热器所采用的矩形平翅片结构进行了优化设计研究;运用电子热分析软件ICEPAK对 CPU热电制冷散热器进行仿真建模,以前文的模拟结论为基础对热电制冷散热器系统进行整体模拟,分析模拟结果并与之前的研究结论进行比较,进而验证模拟方法的正确性和热电制冷散热方式的可行性。本文的研究工作涉及热电制冷技术和电子元器件散热技术两个技术领域,对今后笔记本CPU高热流密度负荷下的散热系统设计提供了一个全新的思路,对电子元器件热设计相关的散热问题及其实际应用和特性分析提供了一定的依据和参考价值。关键词: CPU,热电制冷,翅片,散热器,数值模拟东南大学硕士学位论文 ABSTRACT According totheprevious research,in view ofthedevelopment trendsofincreasingly higher integration level ofpresent electronic equipments and increasement ofheat flowdensity,this paper designs arelatively reasonable thermoelectric refrigeration radiator system,the study on thermal analysis and thermal design of thecertain type ofthermoelectric refrigeration radiator Was alsocarried outbased on heatdissipating andcooling technology of CPU athigh heatflow density loads. The structure of CPU thermoelectric refrigeration radiator of puter was designed inthispaper,considering thecharacteristics puter andthermoelectric refrigeration heat bined、)~, the basis ofthe CPU working conditions puter,the heatdissipationperformance ofthetype ofradiator was analyzed study mainly includes several aspects as follows:firstly,starting withprinciples ofthermoelectric refrigeration,the mechanism andoperation performance w