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第１１卷　
第３期　
２０１２缸　
广州大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　 Ｅｄｉｔｉｏｎ）　
Ｖｏ１．１ｌ　Ｎｏ．３　
６月　
Ｊｕｎ．　２０１２　
文章编号：１６７１—４２２９（２０１２）０３－００８１－０５　
柱状散热结构对流换热过程仿真优 化研究　
向建化，张春良，江　帆，胡志华　
（广州大学机械与电气工程学院，广东广州
摘
５１０００６）　
要：文章研究了一种柱状结构散热器，与传统平板直肋片散热器相比，增 大了换热面积，提高了散热效率．　
运用ＣＦＤ软件ＩＣＥＰＡＫ对散热器的柱排列方式及截面形状进行 了数值模拟，通过对散热器表面的流场、温度场　
和压力场的分析，获得满足要求的散热器最优结构．结 果表明：菱形错排具有最优的散热效果，确定了柱截面面　
积存在着最优值．　
关键词：散热器 ；柱状结构；仿真优化　
中图分类号：ＴＧ　５０１．１　文献标志码：Ａ　
随着现代电子设备 对可靠性、性能指标和功率密度的　
进一步提高，电子设备散热器的热设计也越来越重要．散　
热器为了达到最佳散热效果，在具体应用中散热器根据不　
同的工作环境而作出相应的设计．采用热分析 软件进行数　
值模拟，可大大缩短设计时间，提高设计效率．　
因温差而发生的传热，基本规律 是傅立叶定律，热流密度　
Ｑ（Ｗ・ｍ　）为　
Ｑ　
式中：Ａ为材料的导热系数（Ｗ・ （ｍ・ｋ）　）．　
１．２对流换热　
热分析软件能够模拟系统的热状况，能够在产品设计　< br>阶段对其进行热仿真，确定出模型中温度的最高点　．通　
过对模型进行修改或采取必要的散热措 施，消除其热问　
题，使其最高温度控制在允许的温度范围内，以达到设计　
要求　』．目前， 许多热分析软件相继被开发用于电子设备　
热分析，如ＩＣＥＰＡＫ和ＦＬＯＴＨＥＲＭ等软件．它们能 够解决　
系统级、部件级、封装级的热分析问题　．　
工质（流体）与温度不同的固体表面接触 时引起的热　
量的交换，分为自然对流和强制对流，对流换热用牛顿冷　
却方程描述．　
ｑ＝ｈ（Ｔｗ—　）　
式中：ｈ为对流换热系数（ｗ・（ｍ・ｋ）Ｉ１）；　
散热器按冷却技 术分为３类：空气对流换热（被动、半　
主动、主动）、液体冷却换热（水、油和氮气冷却）和相变循　
环系统（如热管）　．很多研究者在不同冷却形式下，对散　
热器进行了仿真和优化　Ｉ９　Ｊ ．一方面，合理的风道设计可　
在不增加散热器体积和重量的情况下有效地改善散热；另　
方面 ，通过在现有型材散热器中设计出流道在散热器表　
面的流场中引人紊流也可显著地提高散热效果¨　． 与传　
统平板直肋片散热器相比，柱状结构散热器的流道设计可　
增大换热面积，提高散热效率 ．本文利用ＣＦＤ软件ＩＣＥ—　
ＰＡＫ对散热器的柱排列方式和截面形状进行了数值模拟，　
研究了其对散热器表面流体流动特性和换热的影响．　
一
为固体表面的温度（Ｋ）；　
为流体的温度（Ｋ）．　
１．３辐射换热　
两个互不接触且温度不同的物体或介质之间通过电磁 　
波进行的换热称为辐射换热．系统中每个物体同时辐射并　
吸收热量，辐射换热量传递用斯蒂 芬一玻尔兹曼定律计算：　
（ｂ＝　ｉｆ，　（　一ｔ　）　
式中：ｓ为发射率；　
为 斯蒂芬玻尔兹曼系数（ｗ・（ｍ・ｋ）　）；　
为辐射面１的面积（ｍ　）；　
Ｆ　：为１表面 对２表面的角系数；　
、　
为辐射面１、２表面的绝对温度（Ｋ）．　
１　热分析基本 理论　
２建立物理模型及求解　
１．１热传导　
不同温度的两物体因直接接触或物体内 的不同部位　
收稿日期：２０１２—０４—０９；修回日期：２０１２—０４—１７　
图１为散 热器原始物理模型，蒸汽进入散热器后在散　
基金项目：广东省自然科学基金项目（￥２０１１０４００ ０４１１０）资助　
作者简介：向建化（１９７８一），男，讲师，博士．Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉａｎｇｊ ｈ＠ｇｚｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ