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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:高嘉良
研究生(外文):Chia-Liang Kao
論文名稱:田口法應用於桌上型電腦CPU散熱模組之研究
論文名稱(外文):A study of heat sink assembling module applied on CPU for desktop PC – using Taguchi method
指導教授:許昭和許昭和引用關係
指導教授(外文):Chao-Ho Hsu
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:模具工程系碩士班
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:軸流風扇散熱模組熱傳田口方法CPUFLUENT
外文關鍵詞:Axial fanheat sink moduleheat transferTaguchi methodCPUFLUENT
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本文主要目的在以數值方法探討桌上型CPU散熱模組之溫度與速度分佈,以及設計出效能好的散熱器。首先分析70 X 70 X 25 mm等厚度葉型軸流風扇之流量,再分析整體散熱模組,並與一等流量的理想狀態做比較,最後應用田口方法來改善散熱器造型。此外,考慮溫度與風扇流量為品質特性。在數值分析軟體方面,本文使用在市面上有相當佔有率的商業套裝軟體FLUENT來將流場、溫度場可視化。在扇葉設計方面,本文不使用NACA葉型,而用設計較簡單、省時且等厚度的葉型,此葉型在模具製作成本上較低。在預設CPU發熱量為50W以及風扇轉速為3000 rpm下,配合直交表,探討影響溫度及流量之因子,加以改善散熱器造型,來降低CPU溫度。其數值結果顯示,風扇馬達下方流動會產生滯留,此情形與NACA非等厚度葉形一樣會發生。而與同尺寸NACA葉型風扇流量相比較,等厚度風扇流量少於31%。基本上,不管散熱鰭片排列方式為何,空氣流動都是由內部向外部流動的。另外,設計出來的最佳設計散熱器能使CPU溫度再下降約0.8℃、散熱器體積減少12.0%、以及散熱器面積減少了8.5%。
The main objective of this study is to numerically explore the distributions of temperature and velocity of heat sink cooling modules applied on CPU of desktop PC and to design a high performance cooler. First of all, the flow rate of 70 X 70 X 25 mm single-thickness axial fan will be investigated. After that, the whole heat sink cooling module will be investigated and compare to an ideal flow that has equally the same flow rate. Finally, in order to improve the geometrical shape of the cooler, Taguchi method is utilized. Besides, the temperature and wind capacity of fan are considered as performance characteristics. In addition, with the help of widely used commercial CFD code, FLUENT, the flow and temperature field could be visualized. In fan blade design, instead of using NACA airfoil blade, an easy, innovative, and time-saving way has been developed to build a single-thickness blade fan. It has a lower cost of designing and manufacturing the mold. With a 50 W heat source, 3000 rpm rotational speed by default and Orthogonal Array, the factors which affect temperature and flow rate will be investigated to improve the geometrical shape of cooler, as well as lowering the temperature of CPU. The numerical results show that the flow below fan motor remains and this situation could happen to NACA airfoil blade fan as well. Moreover, the flow rate of single-thickness fan is 31% lower than an equal-sized NACA airfoil blade fan. Basically, regardless of how the cooler fins are arranged, the air in the cooler flows from inside to outside. The optimized design cooler could reduce the temperature of CPU by about 0.8℃, the volume of cooler the by 12.0% and the surface area of the cooler by8.5%.
摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表 目 錄 vi
圖 目 錄 vii
符號說明 ix
一、序論 1
1.1前言 1
1.2文獻回顧 2
二、散熱原理 6
2.1散熱技術 6
2.2風扇理論 7
2.2.1風扇基本構造與扇葉設計 9
2.2.2風扇性能曲線與系統阻抗 10
2.2.3風扇效率 11
2.3散熱器理論 12
2.3.1熱傳遞理論 12
2.3.2散熱鰭片理論 14
2.4熱阻抗 14
2.5熱網路分析 15
2.6接觸阻抗 16
2.7田口方法 18
三、數值方法與流程 19
3.1 CFD簡介 19
3.1.2 SIMPLE演算法 19
3.2統御方程式 22
3.3紊流模式 23
3.4數值模擬之基本流程 24
3.5假設與邊界條件 26
3.5.1邊界條件說明 26
3.6數值穩定性 27
3.7材料屬性 27
四、模擬分析與田口方法之應用 28
4.1分析流程 28
4.2風扇建構與性能曲線之模擬 28
4.2.1流量分析結果 33
4.3散熱模組之模擬 34
4.3.1散熱模組之模擬結果 36
4.3.2理想狀態之散熱 39
4.3.3理想狀態之散熱結果 39
4.4以田口方法改善散熱器形狀之模擬分析 42
4.4.1實驗計劃法 42
4.4.2田口分析結果 45
4.4.3溫度之望小特性 46
4.4.4溫度望小特性之最佳設計 46
4.4.5確認試驗與預測原始設計 47
4.4.6流量之望大特性 51
4.4.7流量望大特性之最佳設計 52
4.4.8確認試驗與預測原始設計 52
4.5以田口方法改善散熱鰭片排列方向之分析 56
4.5.1實驗計劃法 56
4.5.2田口分析結果 57
4.5.3溫度之望小特性 58
4.5.4溫度望小特性之最佳設計 58
4.5.5不同鰭片排列方式之比較 59
五、結論與建議 62
5.1結論 62
5.2建議 63
參考文獻 65
作者簡介 69
[1] Ira H. Abbott and Albert E. von Doenhoff, 1949, THEORY OF WING SECTIONS:Including a Summary of Airfoil Data, NEW YORK:McGRAW-HILL BOOK COMPANY INC.

[2]吳俊億,2001,軸流風扇設計軟體之研發,國立清華大學工程與系統科學系研究所,碩士論文。

[3]黃福居,2001,全三維軸流風扇的葉片最佳化設計,國立成功大學機械工程學系研究所,碩士論文。

[4]吳凱文,2002,利用可視化流場實驗修正複合式軸流風扇之翼型,國立清華大學工程與系統科學系研究所,碩士論文。

[5]糠滄洲,2002,軸流風扇流場模擬與性能評估,國立中山大學機械與機電工程學系研究所,碩士論文。

[6]劉志昇,2004,PC風扇葉片之多軸NC加工與模具開發,國立台灣科技大學機械工程系研究所,碩士論文。

[7]邱琮堯,2006,桌上型電腦機殼抽風風扇葉型最佳化設計,國立高雄應用科技大學模具工程系碩士班,碩士論文。

[8]蔡嘉豪,風扇性能曲線預測方法之研究,國立清華大學工程與系統科學系碩士班,碩士論文。

[9]胡文彧,風扇流場之數值模擬與量測,國立交通大學機械工程研究所,碩士論文。

[10]吳培立,筆記型電腦散熱系統之研究,國立成功大學工程科學系碩博士班,碩士論文。

[11]黃碩彥,電腦散熱器使用半罩式軸流風扇之性能探討,國立台灣科技大學機械工程系研究所,博士論文。
[12]柳貴琦,2001,高效率氣冷式CPU散熱片之熱傳分析與設計,淡江大學機械工程學系研究所,碩士論文。

[13]鄭憶湘,2002,散熱片在強制對流下之最佳化設計與實驗,國立清華大學工程與系統科學系,碩士論文。

[14]王文耕,2003,電腦CPU散熱片造型對其熱傳效果之影響,國立成功大學機械工程學系研究所,博士論文。

[15]張魁麟,2003,田口方法在筆記型電腦CPU過熱改善之研究,國立台北科技大學生產系統工程與管理研究所,碩士論文。

[16]張志新,2003,放射狀鰭片散熱器之數值模擬與參數探討,國立台灣科技大學機械工程系研究所,碩士論文。

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[22]Ko-Ta Chiang, 2005, “Optimization of the design parameters of Parallel-Plain Fin heat sink module cooling phenomenon based on the Taguchi method”, Int. Commun. Heat Mass Transf., Vol.32, No.9, p 1193-1201, Elsevier Ltd, Oxford, OX5 1GB, United Kingdom, October.

[23]Yakut, Kenan; Alemdaroglu, Nihal, et al., 2006, “Experimental investigation of thermal resistance of a heat sink with hexagonal fins”, Appl. Therm. Eng., Vol.26, No. 17-18, p 2262-2271, Elsevier Ltd, Oxford, OX5 1GB, United Kingdom, December.

[24]Xie, Hong; Ali, Andre, et al., 1998, “The use of heat pipes in personal computers”, Proceedings of the 1998 6th Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems, ITHERM, IEEE, Piscataway, NJ, USA, May 27-30, p 442-448.

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[26]Kobayashi, Takashi; Ogushi, Tetsuro, et al., 2000, “Thermal design of an ultraslim notebook computer”, IEEE Trans. Compon. Packag. Technol., Vol.23, No.1, p 6-13, Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., USA, March.

[27]Kim, Kwang-Soo; Won, Myong-Hee; Kim, et al., 2003, “Heat pipe cooling technology for desktop PC CPU”, Appl. Therm. Eng., Vol.23, No.9, p 1137-1144, Elsevier Ltd, June.

[28]趙谷峰,液冷散熱模組散熱效益之研究,國立成功大學工程科學系碩博士班,碩士論文。

[29]陳律安,電腦水冷散熱系統之效益研究,國立成功大學工程科學系碩博士班,碩士論文。

[30]http://www.mmmetals.com/pages/heat_pipe_heat_sinks/heat_pipe_heat_sink.htm

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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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