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研究生:陳俊豪
研究生(外文):Jyun-Hao Chen
論文名稱:家用遊戲主機散熱分析
論文名稱(外文):Heat Transfer Analysis of a Video Game Player
指導教授:田華忠田華忠引用關係
指導教授(外文):H.C. Tien
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:機械與機電工程學系
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:家用遊戲主機機殼開孔導熱板散熱鰭片噴嘴離心風扇
外文關鍵詞:video game playercase openingheat conduction platefinned heat sinknozzlecentrifugal fan
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本文主要探討家用遊戲主機的散熱設計與改良,家用遊戲主機的原始設計採用機殼開孔、導熱板並配合單進風離心風扇將主機內部電子元件所產生的熱排出。吾人使用套裝軟體FLOTHERM進行模擬,在正常操作情況下,CPU的發熱量較小,CPU的溫度也不高。但若逐步加大主機板上CPU的發熱量,CPU的溫度逐漸提高且超過允許的正常操作溫度(70℃)。吾人針對CPU發熱量較大之情況,就機體內部散熱模組進行一系列改良,使主機可以在較大的發熱量下正常運作。
模擬結果顯示,使用較高的熱傳導係數的材料(如:銅)當作導熱板並配合雙進風離心風扇,對於內部整體散熱有明顯的幫助;若要在機體內部放置散熱鰭片,在相同重量下,使用片狀散熱鰭片的效果會比柱狀散熱鰭片來得好。機殼孔需開在合適的地方否則會對內部元件散熱沒有助益;而在主要進風口處加裝噴嘴以提升進風口的速度乃至於降低CPU等元件溫度,效果並不顯著,此外加裝噴嘴還需考慮壓損的問題。上述結果,可提供相關電子系統散熱設計之參考。

The thermal design and possible improvements of a video game player are discussed in this work. The original design includes the case openings, a heat conduction plate, and a centrifugal fan. The heat generated from the electronic components is transported away through these cooling devices. A commercial code, FLOTHERM, is utilized for conducting numerical simulations. Under normal operating condition, the power consumed by the CPU is small and therefore its temperature is not high. However, if the power increases gradually, the CPU temperature becomes higher and soon exceeds the allowable operating temperature (70 ℃). This study considers the video game player operated with high CPU power. A number of improvements are proposed and analyzed on the heat modules in the hope that safe and stable operation can be assured for the video game player.
The simulation results indicate that it is helpful for cooling the video game player to use a conduction plate of high thermal conductivity (such as copper) along with a centrifugal fan of double inlets. As for the installation of a finned heat sink, a plate-fin heat sink works better than a pin-fin one with the same weight. Case openings cannot render satisfactory cooling results when the opening location is inappropriate. Moreover, a nozzle is installed at the main air entrance of the player and it is found that the effect is insignificant in boosting the inlet velocity and lowering the CPU temperature. In addition, pressure loss due to the nozzle also needs to be considered. The results extracted from the present work can be applied to the cooling design of other electronic systems.

目 錄
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 1
1.3 文獻回顧 2
第二章 理論基礎與數值方法 4
2.1 熱傳概論 4
2.1.1 熱傳導(Heat Conduction) 4
2.1.2 熱對流(Heat Convection) 5
2.1.3 熱輻射(Heat Radiation) 6
2.2 數值模擬方法 7
2.2.1 數值模擬簡介 7
2.2.2 理論基礎 7
2.2.3 離散化 8
2.2.4 交錯式網格 10
2.2.5 壓力與速度修正 11
2.2.6 結構網格分割 13
第三章 實驗設備與實驗方法及結果 15
3.1 實驗設備 15
3.1.1 實驗模型 15
3.1.2 溫度擷取器 16
3.1.3 接收擷取數據電腦一台 17
3.1.4 熱電偶 18
3.2 實驗步驟 19
3.3 實驗量測結果 22
第四章 數值模擬參數設定與模型分析 23
4.1 FLOTHERM模擬分析 23
4.2 系統環境參數的設定 24
4.2.1 求解域(Solution Domain)大小設定 24
4.2.2 總體系統環境設定(Global System Setting) 24
4.2.3 環境屬性(Ambient Attribute)設定 25
4.2.4 模式(Model)設定 25
4.2.5 建構模型之參數設定 26
4.2.6 元件功率設定 27
4.2.7 風扇設定 29
4.2.8 網格設定與求解 31
第五章 結果與討論 33
5.1 求解域(Solution domain)大小分析 33
5.2 網格數量的分析 36
5.3 數值模擬與實驗量測的驗證 39
5.4 原廠的散熱模組分析 42
5.5 機體改良分析 46
5.5.1 風扇的改良 46
5.5.2 使用散熱鰭片 48
5.5.3 導熱板的改良 52
5.6 導熱板與散熱鰭片組合 55
5.7 機殼開孔分析 57
5.7.1 機殼開孔位置分析 57
5.8 在進風口使用噴嘴 63
5.8.1 噴嘴在不同的出口面積與出入口壓損比較 68
5.9 整體改良分析 70
第六章 結論與未來展望 73
6.1 結論 73
6.2 未來展望 74
第七章 參考文獻 75


【1】施洞泰,「次世代家用主機購買者之市場區隔與消費者行為關係」,靜宜大學觀光事業學系碩士論文,中華民國九十七年7月。
【2】S. Shuler, “Thermal Management: Understanding How to Incorporate Effective Thermal Strategies into Overall Portable Electronic Design for Better Performance”, Materials and Design, Vol. 21, p. 39-44, 2000.
【3】E. Dallago and G. Venchi, “Thermal Characterization of Compact Electronic System;A Portable PC as a Study Case”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 17, No. 2, p. 187-195, March 2002.
【4】M. Turner, and C. Rotron, “All You Need to Know About Fans”, Electronics Cooling, 1996.
【5】C. A. Soule, “Future Trends in Heat Sink Design”, Electronics Cooling, February, 2001.
【6】A. Bar-Cohen, A. D. Kraus and S. F. Davidson, “Thermal frontiers in the design and packaging of microelectronic equipment”, J. Mechanical Engineering, June, 1983.
【7】L. T. Yeh, “Review of heat transfer technologies in Electronic equipment”, ASME J. Electronic Packaging, Vol.117, p. 333-339, 1995.
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【9】A. Morega and A. Bejan, “Optimal spacing of Parallel board with discrete heat source cooled by laminar forced convection”, Numerical Heat Transfer, Part A, Vol. 24, pp. 373,1994.
【10】維基百科 http://zh.wikipedia.org/wiki/PS2 。
【11】
http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/294266/SONY/CXR702080.html 。
【12】
http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/94275/ETC/CXD9450.html 。
【13】台達電子工業股份有限公司
http://www.delta.com.tw/product/ps/sps/networking/download/pdf/DPSN-35AP_A.pdf 。
【14】http://www.bikudo.com/buy/details/667833/super_7_e17.html 。
【15】百度文庫
http://wenku.baidu.com/view/2c287b53ad02de80d4d84060.html 。
【16】離心風扇 http://en.protechnicfan.cn/_d269635033.htm 。
【17】恒祥龍實業股份有限公司
http://www.hishironic.com/index.asp?lang=1 。
【18】高柏科技 http://www.tglobal.com.tw/ 。
【19】使用FLOTHERM進行電子散熱仿真過程中涉及的物理學原理
http://www.docin.com/p-233909301.html 。
【20】FLOTHERM 基礎訓練教材,勢流科技股份有限公司,中華民國96年。
【21】楊舜為,「小筆電散熱性能研究及改善」,國立台灣海洋大學機械與機電工程學系碩士學位論文,中華民國100年6月。
【22】林修宇,「高階個人電腦熱流場數值研究」,國立台灣海洋大學機械與輪機工程學系碩士學位論文,中華民國九十一年12月。
【23】李鍾發,「高階筆記型電腦散熱研究」,國立台灣海洋大學機械與輪機工程學系碩士學位論文,中華民國九十二年7月。
【24】陳文揚,「液晶投影機控制參數對關鍵組件之影響研究」,國立台灣海洋大學機械與機電工程學系碩士學位論文,中華民國96年6月。
【25】YUNUS A. CENGEL, “HEAT AND MASS TRANSFER A Practical Approach”, Third Edition (SI Units), 2006年。
【26】菊地正典,「圖解半導體」,2012年4月。

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