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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黨一為
研究生(外文):I WEI TANG
論文名稱:熱管結合散熱鰭片之效能模擬與分析
論文名稱(外文):The Performance Simulation and Analysis for Heat Pipe With Its Heat Sink
指導教授:林唯耕
指導教授(外文):W.K. LIN
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:工程與系統科學系
學門:工程學門
學類:核子工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:114
中文關鍵詞:散熱
外文關鍵詞:thermal
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本篇論文將對於一般應用最普遍的熱管結合散熱鰭片的方式,以理論模式推算其散熱效率,將之與實際的實驗結果做比對,並修正理論模式中之參考因子,使理論與實驗結果相配合。然後以Visual Basic程式語言撰寫模擬軟體,設定熱管熱傳導率,熱管相關尺寸,風扇性能曲線,鰭片相關尺寸,如長度,寬度,厚度,間距,片數,材質等輸入參數。建立一有效而快速之模擬系統,可為設計者在產品設計初期提供正確的參考與思維方向,並節省樣品製作成本及縮短產品開發流程,相對的提高個人與企業的競爭力。
� � 在實驗的設備上,本篇論文將分為硬體實測以及軟體測試兩方面進行。硬體實測使用由本實驗室設計之風洞與Dummy Heater。以風洞實際測試風扇與鰭片搭配之操作點,得到壓差與風量;以Dummy Heater提供模擬之熱源,在穩定的環境溫度下實際測試樣品之熱阻值。而軟體測掑霅惆洏弮鰬y模擬軟體,對不同之尺寸參數作模擬測試,建立模擬樣品資料庫,提供軟體撰寫時之資料參考與比對。
目 錄

摘要-------------------------------------- Ⅰ
誌謝-------------------------------------- Ⅱ
目錄-------------------------------------- Ⅲ
表目錄------------------------------------ Ⅴ
圖目錄------------------------------------ ⅩⅠ
符號表------------------------------------ ⅩⅩⅠ

第一章 緒論----------------------------------------------- 1

1-1 前言------------------------------------- 1
1-2 文獻回顧--------------------------------- 3

第二章 理論基礎----------------------------------------- 5
2-1 熱阻之定義-------------------------------- 5
2-2 鷅瑑畢X散熱鰭片在強制對流下之理論分析----- 6
2-3 鰭片與風扇之操作點理論分析---------------- 19

第三章 實驗設備與實驗方式-------------------------- 22
3-1 硬體之實驗設備與實驗方式----------------------------------- 22
3-2 軟體之實驗設備與實驗方式----------------------------------- 31

第四章 軟體設計使用與說明-------------------------- 36

第五章 結果與討論-------------------------------------- 42
5-1 硬體之實驗結果與討論--------------------------------------- 42
5-2 軟體之實驗結果與討論------------------------------------ 46
5-3 「PipeFin_Simulation」模擬結果與實驗數據之比較--------------------------------------------------------- 66

第六章 結論 111

參考文獻----------------------------------------------------- 113







表目錄

(表3-1)鋁底銅鰭片之實測值與Icepak模擬測試之比較------------ 31
(表5-1-1)樣品之相關尺寸------------------------------------------------ 42
(表5-1-2)樣品實測之結果------------------------------------------------ 43
(表5-1-3)樣品實測之風扇結果數據------------------------------------ 44
(表5-2-1)H=70,t=0.4,S=2,N=30,改變L之結果------------ 47
(表5-2-2)H=67,t=0.4,S=2,N=30,改變L之結果------------ 47
(表5-2-3)H=64,t=0.4,S=2,N=30,改變L之結果------------ 47
(表5-2-4)H=61,t=0.4,S=2,N=30,改變L之結果------------ 47
(表5-2-5)H=58,t=0.4,S=2,N=30,改變L之結果------------ 48
(表5-2-6)H=55,t=0.4,S=2,N=30,改變L之結果------------ 48
(表5-2-7)H=70,t=0.35,S=2,N=30,改變L之結果------------ 48
(表5-2-8)H=67,t=0.35,S=2,N=30,改變L之結果------------ 48
(表5-2-9)H=64,t=0.35,S=2,N=30,改變L之結果------------ 49
(表5-2-10)H=61,t=0.35,S=2,N=30,改變L之結果------------ 49
(表5-2-11)H=58,t=0.35,S=2,N=30,改變L之結果------------ 49
(表5-2-12)H=55,t=0.35,S=2,N=30,改變L之結果------------ 49
(表5-2-13)H=70,t=0.3,S=2,N=30,改變L之結果------------ 50
(表5-2-14)H=67,t=0.3,S=2,N=30,改變L之結果------------ 50
(表5-2-15)H=64,t=0.3,S=2,N=30,改變L之結果------------ 50
(表5-2-16)H=61,t=0.3,S=2,N=30,改變L之結果------------ 50
(表5-2-17)H=58,t=0.3,S=2,N=30,改變L之結果------------ 51
(表5-2-18)H=55,t=0.3,S=2,N=30,改變L之結果------------ 51
(表5-2-19)L=20,t=0.3,S=2,N=30,改變H之結果------------ 51
(表5-2-20)H=70,t=0.25,S=2,N=30,改變L之結果------------ 51
(表5-2-21)H=67,t=0.25,S=2,N=30,改變L之結果------ 52
(表5-2-22)H=64,t=0.25,S=2,N=30,改變L之結果------ 52
(表5-2-23)H=61,t=0.25,S=2,N=30,改變L之結果------ 52
(表5-2-24)H=58,t=0.25,S=2,N=30,改變L之結果------ 52
(表5-2-25)H=55,t=0.25,S=2,N=30,改變L之結果------ 53
(表5-2-26)H=70,t=0.2,S=2,N=30,改變L之結果------------ 53
(表5-2-27)H=67,t=0.2,S=2,N=30,改變L之結果------------ 53
(表5-2-28)H=64,t=0.2,S=2,N=30,改變L之結果------------ 53
(表5-2-29)H=61,t=0.2,S=2,N=30,改變L之結果------------ 54
(表5-2-30)H=58,t=0.2,S=2,N=30,改變L之結果------------ 54
(表5-2-31)H=55,t=0.2,S=2,N=30,改變L之結果------------ 54
(表5-2-32)H=70,l=20,t=0.3,N=30,改變S之結果------------ 54
(表5-2-33)H=70,L=20,N=30,改變t與S之結果------------ 55
(表5-2-34)H=70,L=20,t=0.3,S=2,改變N之結果------------ 55
(表5-3-1)H=70,t=0.4,改變L,與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較---------------------------------------------------------------- 67
(表5-3-2)H=67,t=0.4,改變L,與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------------------------- 67
(表5-3-3)H=64,t=0.4,改變L,與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------------------------- 67
(表5-3-4)H=61,t=0.4,改變L,與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------------------------- 68
(表5-3-5)H=58,t=0.4,改變L,與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------------------------- 68
(表5-3-6)H=55,t=0.4,改變L,與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較---------------------------------------------------------------- 68
(表5-3-7)H=70,t=0.35,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較---------------------------------------------------------------- 69
(表5-3-8)H=67,t=0.35,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較---------------------------------------------------------------- 69
(表5-3-9)H=64,t=0.35,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較---------------------------------------------------------------- 69
(表5-3-10)H=61,t=0.35,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------------------------------------- 70
(表5-3-11)H=58,t=0.35,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------------------------------------- 70
(表5-3-12)H=55,t=0.35,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 70
(表5-3-13)H=70,t=0.3,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 71
(表5-3-14)H=67,t=0.3,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 71
(表5-3-15)H=64,t=0.3,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 71
(表5-3-16)H=61,t=0.3,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 72
(表5-3-17)H=58,t=0.3,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 72
(表5-3-18)H=55,t=0.3,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 72
(表5-3-19)L=20,t=0.3,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 73
(表5-3-20)H=70,t=0.25,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 73
(表5-3-21)H=67,t=0.25,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 73
(表5-3-22)H=64,t=0.25,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 74
(表5-3-23)H=61,t=0.25,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 74
(表5-3-24)H=58,t=0.25,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 74
(表5-3-25)H=55,t=0.25,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 75
(表5-3-26)H=70,t=0.2,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 75
(表5-3-27)H=67,t=0.2,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 75
(表5-3-28)H=64,t=0.2,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 76
(表5-3-29)H=61,t=0.2,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 76
(表5-3-30)H=58,t=0.2,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 76
(表5-3-31)H=55,t=0.2,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 77
(表5-3-32)H=70,L=20,t=0.3,N=30,改變S
與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------- 77
(表5-3-33)H=70,L=20,t=0.35,N=30,改變S與
「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------- 77
(表5-3-34)H=70,L=20,t=0.3,S=2,改變N與
「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------- 78

圖目錄

(圖2-1)鰭片與風扇之裝置圖及其流場------------------------------- 7
(圖2-2)鰭片之幾何形狀及其參數------------------------------------- 8
(圖2-3)單一鰭片示意圖----------------------------------------------------- 10
(圖2-4)空氣流經鰭片間通道之溫度變化示意圖-------------------- 13
(圖2-5)計算 之示意圖------------------------------------------------
15
(圖2-6)空氣流經鰭片間通道之流場示意圖--------------------------- 16
(圖2-7)鰭片、風扇性能曲線與操作點-------------------------------- 19
(圖3-1)Dummy Heater儀器整體構造圖------------------------------------ 23
(圖3-2)Dummy Heater儀器細部構造圖------------------------------------ 23
(圖3-3)環境溫度控制器與訊號表頭------------------------------------ 24
(圖3-4 多功能風洞測試系統---------------------------------------------- 27
(圖3-5)操作方式示意圖-------------------------------------------------- 28
(圖3-6)風扇性能曲線測試示意圖-------------------------------------- 29
(圖3-7)風扇性能曲線示意圖-------------------------------------------- 29
(圖3-8)鰭片系統阻抗曲線示意圖-------------------------------------- 30
(圖3-9)操作點靜壓與風量示意圖-------------------------------------- 30
(圖3-10)鋁底銅鰭片之樣品示意圖及CPU之溫度分佈---------------------- 32
(圖3-11)鋁底銅鰭片之流場流速示意圖------------------------------------ 32
(圖3-12)模擬測試樣品之外觀示意圖------------------------------------ 33
(圖3-13)模擬測試之風扇性能曲線及數據------------------------------------ 35
(圖4-1)「PipeFin_Simulation」風扇性能曲線輸入區示意圖----- 36
(圖4-2)「PipeFin_Simulation」風扇性能曲線輸入區之輸入方式
示意圖--------------------------------------------------------------- 37
(圖4-3)「PipeFin_Simulation」風扇性能曲線輸入區操作方式示
意圖------------------------------------------------------------------ 38
(圖4-4)「PipeFin_Simulation」鰭片參數輸入區示意圖-------------- 39
(圖4-5)「PipeFin_Simulation」鰭片參數輸入區操作示意圖-------- 40
(圖4-6)「PipeFin_Simulation」模擬結果區示意圖------------------ 40
(圖5-1-1)硬體實測之樣品圖------------------------------------------------ 42
(圖5-1-2)樣品實測結果熱阻值之比較------------------------------------- 43
(圖5-1-3)樣品實測之風扇性能曲線------------------------------------- 44
(圖5-1-4)樣品實測不同N值操作點之比較----------------------------- 45
(圖5-2-1)t=0.4,S=2,N=30,不同L與H之比較--------------- 56
(圖5-2-2)t=0.35,S=2,N=30,不同L與H之比較--------------- 56
(圖5-2-3)t=0.3,S=2,N=30,不同L與H之比較--------------- 57
(圖5-2-4)t=0.25,S=2,N=30,不同L與H之比較--------------- 57
(圖5-2-5)t=0.2,S=2,N=30,不同L與H之比較--------------- 58
(圖5-2-6)H=70,S=2,N=30,不同t與L之比較--------------- 58
(圖5-2-7)H=67,S=2,N=30,不同t與L之比較--------------- 59
(圖5-2-8)H=64,S=2,N=30,不同t與L之比較--------------- 59
(圖5-2-9)H=61,S=2,N=30,不同t與L之比較--------------- 60
(圖5-2-10)H=58,S=2,N=30,不同t與L之比較--------------- 60
(圖5-2-11)H=55,S=2,N=30,不同t與L之比較--------------- 61
(圖5-2-12)t=0.4,S=2,N=30,不同L與H之比較--------------- 61
(圖5-2-13)t=0.35,S=2,N=30,不同L與H之比較--------------- 62
(圖5-2-14)t=0.3,S=2,N=30,不同L與H之比較--------------- 62
(圖5-2-15)t=0.25,S=2,N=30,不同L與H之比較--------------- 63
(圖5-2-16)t=0.2,S=2,N=30,不同L與H之比較--------------- 63
(圖5-2-17)H=10,L=20,N=30,不同t與S之比較--------------- 64
(圖5-3-1)「PipeFin_Simulation」之風扇性能曲線資料 66
(圖5-3-2)H=70,t=0.4,改變L,與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 79
(圖5-3-3)H=67,t=0.4,改變L,與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 79
(圖5-3-4)H=64,t=0.4,改變L,與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 80
(圖5-3-5)H=61,t=0.4,改變L,與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 80
(圖5-3-6)H=58,t=0.4,改變L,與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 81
(圖5-3-7)H=55,t=0.4,改變L,與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 81
(圖5-3-8)H=70,t=0.35,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 82
(圖5-3-9)H=67,t=0.35,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 82
(圖5-3-10)H=64,t=0.35,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 83
(圖5-3-11)H=61,t=0.35,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 83
(圖5-3-12)H=58,t=0.35,改變L與「PipeFin_Simulation」 模擬結果之比較------------------------------------------- 84
(圖5-3-13)H=55,t=0.35,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 84
(圖5-3-14)H=70,t=0.3,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 85
(圖5-3-15)H=67,t=0.3,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 85
(圖5-3-16)H=64,t=0.3,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 86
(圖5-3-17)H=61,t=0.3,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 86
(圖5-3-18)H=58,t=0.3,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 87
(圖5-3-19)H=55,t=0.3,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 87
(圖5-3-20)H=70,t=0.25,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 88
(圖5-3-21)H=67,t=0.25,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 88
(圖5-3-22)H=64,t=0.25,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 89
(圖5-3-23)H=61,t=0.25,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 89
(圖5-3-24)H=58,t=0.25,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 90
(圖5-3-25)H=55,t=0.25,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 90
(圖5-3-26)H=70,t=0.2,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 91
(圖5-3-27)H=67,t=0.2,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 91
(圖5-3-28)H=64,t=0.2,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 92
(圖5-3-29)H=61,t=0.2,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 92
(圖5-3-30)H=58,t=0.2,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 93
(圖5-3-31)H=55,t=0.2,改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 93
(圖5-3-32)L=20,t=0.4,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 94
(圖5-3-33)L=18,t=0.4,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 94
(圖5-3-34)L=16,t=0.4,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 95
(圖5-3-35)L=14,t=0.4,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 95
(圖5-3-36)L=12,t=0.4,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 96
(圖5-3-37)L=10,t=0.4,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 96
(圖5-3-38)L=20,t=0.35,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 97
(圖5-3-39)L=18,t=0.35,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 97
(圖5-3-40)L=16,t=0.35,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 98
(圖5-3-41)L=14,t=0.35,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 98
(圖5-3-42)L=12,t=0.35,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 99
(圖5-3-43)L=10,t=0.35,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 99
(圖5-3-44)L=20,t=0.3,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 100
(圖5-3-45)L=18,t=0.3,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 100
(圖5-3-46)L=16,t=0.3,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 101
(圖5-3-47)L=14,t=0.3,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 101
(圖5-3-48)L=12,t=0.3,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 102
(圖5-3-49)L=10,t=0.3,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 102
(圖5-3-50)L=20,t=0.25,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------------------- 103
(圖5-3-51)L=18,t=0.25,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 103
(圖5-3-52)L=16,t=0.25,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------------------- 104
(圖5-3-53)L=14,t=0.25,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------------------- 104
(圖5-3-54)L=12,t=0.25,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------------------- 105
(圖5-3-55)L=10,t=0.25,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------------------- 105
(圖5-3-56)L=20,t=0.2,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 106
(圖5-3-57)L=18,t=0.2,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 106
(圖5-3-58)L=16,t=0.2,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 107
(圖5-3-59)L=14,t=0.2,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 107
(圖5-3-60)L=12,t=0.2,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 108
(圖5-3-61)L=10,t=0.2,改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 108
(圖5-3-62)H=70,L=20,t=0.3,S=2,改變N與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------- 109
(圖5-3-63)H=70,L=20,t=0.3,N=30,改變S與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較---------------- 109
參考文獻
[1] Ronald Pound, ”Thermal Management Balance Cooling and size Demand “ , Electronic Packaging &Production, Vol. 25(9). pp.112-116, September, 1985.
[2] Charles E. Johnson, “Evaluation of Correlations for Natural Convection Cooling of Electronic Equipment”, Heat Transfer Engineering, Vol. 7(1-2),pp.36-45, 1986.
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