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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王暉雄
研究生(外文):Hui-Hsiung Wang
論文名稱:熱管散熱模組效能之探討
論文名稱(外文):A study of the thermal performance of heat pipe cooling modules
指導教授:周榮華周榮華引用關係
指導教授(外文):Jung-Hua Chou
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:工程科學系碩博士班
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:79
中文關鍵詞:對流情況直徑熱阻散熱膏根數熱管
外文關鍵詞:thermal resistanceheat pipe
相關次數:
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本研究以實驗方法探討風扇搭配熱管的效能表現、散熱膏之熱傳導係數對散熱效益之影響、以及不同直徑與多根熱管散熱效能之差別。實驗時,利用熱電偶量測各元件之溫度計算其熱阻,而散熱效益則以各熱阻作為判斷的依據。
  實驗結果顯示,使用熱傳導係數高的散熱膏主要減少接觸熱阻,對於對流熱阻與熱管等效熱阻之影響不大。而管徑小之熱管如4mm與5mm,由於最大熱傳量小,熱傳效果無法彰顯,於自然對流單獨一根使用時,與6mm熱管之溫差約3.3 ℃∼10.2 ℃。使用二根以上之熱管 ,其最大熱傳量已足以負荷此發熱功率範圍,於自然對流時,與6mm熱管之溫差約0.7 ℃∼5.7 ℃。即使用多根熱管對於管徑較大者如6mm,影響較不顯著,而對管徑比較小者如5mm與4mm熱管,使用多根可比一根明顯提高其效能。而熱管冷凝端之散熱方式對散熱模組效能之影響很大,甚至比熱管管徑與根數之影響還大,最多可降低約60.6 ﹪的熱阻。
The purpose of this investigation is to study experimentally the thermal performance of heat pipes coupling with a cooling fan, the effects of thermal conductivity of thermal grease, and the difference in efficiency of different diameter and multiple heat pipes. The thermal resistance deduced from thermocouple temperature measurements is used as the basis of judging the thermal performance in the heat pipes.
The results indicate that the thermal grease with higher thermal conductivity mainly reduces the contact resistance but not convection resistance and equivalent heat pipe resistance. Because the maximum heat removal capacity of smaller diameter heat pipes ,such as 4mm and 5mm ones ,is small, the thermal performance is limited. When using one heat pipe in natural convection, a single 6mm heat pipe can reduce the temperature by about 3.3 ℃~10.2 ℃, as compared with the 4mm and 5mm one. When using two heat pipes in natural convection, the 6mm heat pipe can reduce the temperature by about 0.7 ℃∼5.7 ℃, as compared with the 4mm and 5mm ones. This is because the maximum heat removal capacity of the multiple heat pipes can handle the heat dissipated. Thus using multiple heat pipes for 6mm in diameter, the efficiency is not significantly improved. On the other hand for 4mm and 5mm ones, multiple heat pipes can improve the thermal performance ,as compared with that of a single heat pipe. Cooling the heat pipe condenser section has greater influence than those of the diameter and the number of the heat pipes. Forced convection at the condenser section can reduce thermal resistance by about 60.6% than that of natural convection.
表目錄 Ⅲ
圖目錄 Ⅴ
第一章 導論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機 3
1-3 文獻回顧 5
第二章 熱管工作原理與基本理論 9
2-1 工作原理 9
2-2 熱管基本理論 10
2-2-1 最大毛細壓力 11
2-2-2 工作流體由流動阻力所造成的壓力損失 12
2-2-3 蒸汽由流動阻力所造成的壓力損失 13
2-2-4 重力位能差所造成的壓力降 16
2-3 接觸熱阻 16
第三章 實驗方法與設備 18
3-1 實驗方法 18
3-2 實驗設備 19
3-2-1 烘箱 19
3-2-2 電源供應器 19
3-2-3 熱電偶 20
3-2-4 溫度擷取系統 21
3-3 實驗模型 21
3-3-1 模擬晶片 21
3-3-2 嵌入鋁塊 22
3-3-3 熱管 22
3-3-4 冷卻風扇 23
3-3-5 散熱膏 23
3-4 實驗參數 25
3-5 實驗步驟 25
第四章 結果與討論 27
4-1 不同熱傳導係數之散熱膏之比較 29
4-2 不同根數熱管之比較 30
4-3 不同熱管直徑之比較 35
4-4 冷凝端以自然對流與強制對流冷卻結果之比較 38
第五章 結論 42
參考文獻 44
表目錄

表1-1 AMD 筆記型電腦CPU之發熱趨勢 48
表1-2 各種散熱方式之優缺點 48
表1-3 風扇評比 49
表2-1 各種標準平面的接觸傳導性 49
表3-1 不同種類之熱電偶及其特性 50
表4-1 水之各項參數值 51
表4-2 一根熱管,冷凝端採強制對流其風量為Volume 1與Volume 2於不同直徑熱管之模擬晶片與環境溫度溫差表 51
表4-3 一根熱管,冷凝端採強制對流其風量為Volume 1與Volume 2於不同直徑熱管之 比較表 52
表4-4 二根熱管,冷凝端採強制對流其風量為Volume 1與Volume 2於不同直徑熱管之模擬晶片與環境溫度溫差表 52
表4-5 二根熱管,冷凝端採強制對流其風量為Volume 1與Volume 2於不同直徑熱管之 比較表 53
表4-6 三根熱管,冷凝端採強制對流其風量為Volume 1與Volume 2於不同直徑熱管之模擬晶片與環境溫度溫差表 53

表4-7 三根熱管,冷凝端採強制對流其風量為Volume 1與Volume 2於不同直徑熱管之 比較表 54

圖目錄

圖1-1 電子元件故障主要因素 55
圖1-2 熱電冷卻系統之基本元件示意圖 55
圖1-3 散熱平板置於鍵盤下之示意圖 56
圖1-4 散熱平板置於機殼底座上之示意圖 56
圖1-5 Hinged heat pipe system 57
圖1-6 Remote heat exchanger system 57
圖1-7 三種筆記型電腦散熱系統之結果比較圖 58
圖1-8 New folded screen wick design of the MHP 58
圖2-1 熱管構造示意圖 59
圖2-2 熱管五種極限之示意圖 59
圖2-3 不同流體的優點數M之示意圖 60
圖2-4 wick於蒸發段與冷凝段之各項參數 60
圖2-5 接觸熱阻影響的說明圖 61
圖2-6 兩材料接觸時之接合情況示意圖 61
圖3-1 數位式直流電源供應器 62
圖3-2 熱電偶操作原理之示意圖 62
圖3-3 熱電偶溫度擷取系統 63
圖3-4 熱電偶與Terminal Blocks接線之示意圖 63
圖3-5 模擬晶片示意圖 64
圖3-6 熱管散熱模組之熱管(根數為一根)嵌入位置示意圖 64
圖3-7 熱管散熱模組之熱管(根數為二根)嵌入位置示意圖 65
圖3-8 熱管散熱模組之熱管(根數為三根)嵌入位置示意圖 65
圖3-9 熱電偶量測位置之示意圖 66
圖3-10冷凝端以風扇作強制對流之裝置示意圖 66
圖4-1 一根直徑6mm熱管在自然對流時,使用Type B散熱膏於各種發熱功率之熱阻比較圖 67
圖4-2 一根直徑6mm熱管在自然對流時,使用Type A與Type B散熱膏於各種發熱功率之熱阻比較圖 67
圖4-3 一根直徑6mm熱管在風量為Volume 1時,使用Type A與Type B散熱膏於各種發熱功率之熱阻比較圖 68
圖4-4 一根直徑6mm熱管在風量為Volume 2時,使用Type A與Type B散熱膏於各種發熱功率之熱阻比較圖 68
圖4-5 一根直徑6mm熱管在自然對流時,使用Type A或Type B散熱膏於各種發熱功率之接觸熱阻比較圖 69
圖4-6 一根直徑6mm熱管在風量為Volume 1時,使用Type A或Type B散熱膏於各種發熱功率之接觸熱阻比較圖 69
圖4-7 一根直徑6mm熱管在風量為Volume 2時,使用Type A或Type B散熱膏於各種發熱功率之接觸熱阻比較圖 70
圖4-8 直徑6mm熱管在自然對流時,使用Type B散熱膏,不同根數熱管於各種發熱功率之外熱阻比較圖 70
圖4-9 直徑5mm熱管在自然對流時,使用Type B散熱膏,不同根數熱管於各種發熱功率之外熱阻比較圖 71
圖4-10 直徑4mm熱管在自然對流時,使用Type B散熱膏,不同根數熱管於各種發熱功率之外熱阻比較圖 71
圖4-11 直徑6mm熱管在自然對流時,使用Type B散熱膏,不同根數熱管於各種發熱功率之熱管等效熱阻比較圖 72
圖4-12 直徑5mm熱管在自然對流時,使用Type B散熱膏,不同根數熱管於各種發熱功率之熱管等效熱阻比較圖 72
圖4-13 直徑4mm熱管在自然對流時,使用Type B散熱膏,不同根數熱管於各種發熱功率之熱管等效熱阻比較圖 73
圖4-14 熱管數目一根在自然對流時,使用Type B散熱膏,不同直徑熱管於各種發熱功率之模擬晶片穩態溫度比較圖 73
圖4-15 熱管數目一根在風量為Volume 1時,使用Type B散熱膏,不同直徑熱管於各種發熱功率之模擬晶片穩態溫度比較圖 74

圖4-16 熱管數目一根在Volume 2時,使用Type B散熱膏,不同直徑熱管於各種發熱功率之總熱阻比較圖 74
圖4-17 熱管數目二根在自然對流時,使用Type B散熱膏,不同直徑熱管於各種發熱功率之模擬晶片穩態溫度比較圖 75
圖4-18 熱管數目二根在風量為Volume 1時,使用Type B散熱膏,不同直徑熱管於各種發熱功率之模擬晶片穩態溫度比較圖 75
圖4-19 熱管數目二根在Volume 2時,使用Type B散熱膏,不同直徑熱管於各種發熱功率之總熱阻比較圖 76
圖4-20 熱管數目三根在自然對流時,使用Type B散熱膏,不同直徑熱管於各種發熱功率之模擬晶片穩態溫度比較圖 76
圖4-21 熱管數目三根在風量為Volume 1時,使用Type B散熱膏,不同直徑熱管於各種發熱功率之模擬晶片穩態溫度比較圖 77
圖4-22 熱管數目三根在Volume 2時,使用Type B散熱膏,不同直徑熱管於各種發熱功率之模擬晶片穩態溫度比較圖 77
圖4-23 6mm熱管使用Type B散熱膏,三種熱管數目於不同對流情況之模擬晶片穩態溫度比較圖 78
圖4-24 5mm熱管使用Type B散熱膏,三種熱管數目於不同對流情況之模擬晶片穩態溫度比較圖 78

圖4-25 4mm熱管使用Type B散熱膏,三種熱管數目於不同對流情況之模擬晶片穩態溫度比較圖 79
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