矩形翅片和开缝翅片自然对流换热模拟研究

摘要

翅片以其结构简单、可靠性高、无需保养等优点成为了当今最常用来帮助电子元件散热的方式之一。本文通过利用CFD技术对矩形翅片进行了模拟研究,并在此基础上研究了开缝对翅片散热的影响。其主要研究工作和结论如下:
　　 (1)利用CFD技术,构建了矩形翅片的数值计算模型,并与实验数据进行对比,验证了其数值计算方法的准确性与可行性。
　　 (2)通过数值计算,研究了翅片结构对矩形翅片散热性能的影响。结果显示:随翅片间距的增大,翅片的散热性能出现上升趋势,但在间距达到一定值时,升高变得不太明显,呈基本不变的趋势;当翅片长度或翅片高度增大时,换热系数减小,散热量增大:翅片厚度的变化,对散热的影响不是很显著。通过模拟的数据,拟合出矩形翅片的无量纲准则关系式:-Nus=0.363(Ras)0.2947(H/L)0.2607(S/H)0.3458(H/t)-0.0272并与前人的关系式进行了对比,其最大相对误差为10.375％,在允许的范围之内。并通过正交试验,研究了各参数对翅片换热系数影响的主次顺序,其中翅片的长度对其换热系数起到了最主要的作用。
　　 (3)通过数值计算,研究了开缝对翅片散热的影响。结果显示:在优化的开缝尺寸下,翅片的表面平均温度下降了0.261K:散热功率增加了47.186%:换热系数增大了42.791%,充分说明了开缝对散热的增强作用。还研究了翅片间距的影响,当翅片间距变窄时,翅片的散热面积增大,但翅片表面换热系数减小;当翅片间距增大时,翅片的散热面积减小,但翅片表面换热系数增大。在本文研究范围之内,翅片间距为12mm时,散热最好。