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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:謝惠茹
研究生(外文):Hui-Ju Hsieh
論文名稱:整合電腦輔助分析軟體進行散熱模組最佳化設計
論文名稱(外文):Optimization of Heat Sink Modules by Integrating Computer-Aided Analysis Software
指導教授:鄭金祥
指導教授(外文):Chin-Hsiang Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:大同大學
系所名稱:機械工程學系(所)
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:快速共軛梯度法電腦輔助分析軟體熱阻值
外文關鍵詞:Simplified Conjugate Gradient MethodCAD analysis softwarethermal resistance
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本研究主要為整合商用分析軟體與最佳化方法來進行散熱模組最佳化設計。本研究所使用的最佳化方法是快速共軛梯度法(Simplified conjugate gradient method),而所利用的電腦輔助分析軟體是CFD-ACE+ (ESI Group)。在研究中,針對下吹式及平吹式兩種配置,進行散熱模組之幾何參數(如散熱片厚度、散熱片間距、散熱片長度及底板厚度等)的最佳化搜尋,以期將散熱片熱阻(Thermal resistance)值最小化。研究結果顯示,本研究方法確實可以在不同限制條件下,達成散熱模組最佳參數組合的搜尋。
Within this research, we mainly focus on the integration of commercially available analysis software and the optimalizing methods to conduct the optimalizing design for heat sink modules. The optimalizing method adopted by this research is exactly the Simplified Conjugate Gradient Method and the CAD analysis software we adopt is CFD-ACE+ (ESI Group). Within our research, we focus on 2 type of arrangement, namely the downward blow type and the sideward blow type implement the optimalization search for geometric parameters of heat sink modules (such as fin thickness, spacing of fin, fin height and base thickness). It is our expectation that the thermal resistance of heat sink can be minimized. The research results indicate that the method under our research can really reach the search for heat sink modules with the optimal parameter combinations affected by various restrict conditions.
英文摘要………………………………………………………………… I
中文摘要………………………………………………………………… II
誌謝………………………………………………………………………III
目錄………………………………………………………………………IV
表目錄……………………………………………………………………VII
圖目錄……………………………………………………………………VIII
符號索引………………………………………………………………… XI
第一章 概論………………………………………………………………1
1.1 研究背景與動機………………………………………………1
1.2 電腦模擬的必要………………………………………………2
1.3 文獻回顧………………………………………………………3
1.4 論文架構………………………………………………………5
第二章 理論分析…………………………………………………………7
2.1 基本假設………………………………………………………7
2.2 統御方程式……………………………………………………8
2.3 SIMPLEC 演算法……………………………………………11
第三章 正向解軟體架構…………………………………………………14
3.1 有限容積法…………………………………………………15
3.2 CFD-ACE+ 軟體架構………………………………………15
3.2.1 前處理(CFD-GEOM)……………………………………16
3.2.2 正向解求解器(CFD-ACE)………………………………16
3.2.3 後處理(CFD-VIEW)……………………………………17
第四章 快速共軛梯度法………………………………………………18
4.1 共軛梯度法(CGM)…………………………………………18
4.2 快速共軛梯度法(SCGM)…………………………………20
4.3 快速共軛梯度法與共軛梯度法之差異……………………22
第五章 散熱模組最佳化設計……………………………………………24
5.1 散熱模組設計參數…………………………………………24
5.2 軟體設定……………………………………………………25
5.2.1 CFD-GEOM 設定………………………………………26
5.2.2 CFD-ACE 設定…………………………………………26
5.3 最佳化設計程序……………………………………………28
第六章 結果與討論………………………………………………………30
6.1 散熱模組的正向解析………………………………………30
6.2 參數分析……………………………………………………33
6.3 下吹式散熱模組最佳化設計的結果………………………37
6.4平吹式散熱模組最佳化設計的結果………………………38
第七章 結論與展望……………………………………………………41
7.1 結論…………………………………………………………41
7.2 未來展望……………………………………………………42
參考文獻…………………………………………………………………43
表目錄
表5.1 散熱模組之固定參數……………………………………………44
表5.2 空氣的物理性質…………………………………………………45
表5.3 鋁的材料性質……………………………………………………46
表6.1 不同尺寸之散熱模組(Case-1至Case-11)…………………47
表6.2 下吹式散熱片尺寸初始值及β值………………………………48
表6.3 圖6.18及圖6.19的不同初始猜值……………………………49
表6.4 平吹式散熱片尺寸初始值及β值………………………………50
圖目錄
圖1.1 散熱模組…………………………………………………………51
圖2.1 格點系統…………………………………………………………52
圖2.2 SIMPLEC 法計算流程圖………………………………………53
圖3.1 正向解析軟體主要架構示意圖…………………………………54
圖4.1 共軛梯度法(CGM)流程圖………………………………………55
圖4.2 快速共軛梯度法(SCGM)流程圖………………………………56
圖5.1 最佳化設計分析器架構圖………………………………………57
圖5.2 平板式散熱片示意圖……………………………………………58
圖5.3 下吹式及平吹式散熱模組示意圖………………………………59
圖6.1 散熱片z方向剖面位置示意圖…………………………………60
圖6.2 下吹式散熱片厚度(t)對沿z方向之溫度分佈的影響………61
圖6.3 下吹式散熱片間距(w)對在z=50 mm處剖面之溫度分佈的影響……………64
圖6.4 下吹式散熱片底板厚度(b)對在z=50 mm處剖面之溫度分佈影響…………65
圖6.5 下吹式散熱片高度(h)對在z=50 mm處剖面之溫度分佈的影響……………66
圖6.6 平吹式散熱片高度(h)對沿z方向之溫度分佈的影響………………………67
圖6.7 沿x=0 mm之y-z平面上之溫度場及速度向量分布…………………………69
圖6.8 沿z方向之壓力分佈……………………………………………………………71
圖6.9 下吹式散熱模組之熱阻與散熱片厚度(t)的關係(固定w=2mm,h=70mm
,b=10mm)……………………………………………………………73
圖6.10 下吹式散熱模組之熱阻與散熱片間距(w)的關係(固定t=1mm,h=70mm
,b=10mm)……………………………………………………………74
圖6.11 下吹式散熱模組之熱阻與散熱片底板厚度(b)的關係(固定t=1mm,w=2mm
,h=70mm)……………………………………………………………75
圖6.12 下吹式散熱模組之熱阻與散熱片高度(h)的關係(固定t=1mm,w=2mm
,b=10mm)……………………………………………………………76
圖 6.13 在不同散熱片厚度下,下吹式散熱模組之熱阻與散熱片高度(h)的
關係(固定w=2 mm,b=10 mm)……………………………………77
圖 6.14 在不同散熱片間距下,下吹式散熱模組之熱阻與散熱片高度(h)的
關係(固定t=1 mm,b=10 mm)……………………………………78
圖6.15 在不同散熱片底板厚度下,下吹式散熱模組之熱阻與散熱片高度
(h)的關係(固定t=1 mm,w=2 mm)………………………………79
圖6.16 下吹式散熱片最佳化設計之熱阻、散熱片厚度、間距、高度及散熱片底板厚度收斂圖………………………………………………………………………80
圖6.17 下吹式散熱片最佳化設計之疊代過程圖…………………81
圖6.18 下吹式散熱片不同初始猜值之散熱片厚度、間距及底板厚度收斂圖………………………………………………………………………82
圖6.19 下吹式散熱片不同初始猜值之散熱片厚度、間距及高度收斂圖…………83
圖6.20 平吹式散熱片最佳化設計之目標函數、散熱片厚度、間距、高度
及散熱片底板厚度收斂圖……………………………………………84
圖6.21平吹式散熱片最佳化設計之疊代過程圖……………………85
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