水冷散熱器散熱性能及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析.pdf

1、散熱性能好壞是影響高功率、高集成規(guī)模設(shè)備工作性能、結(jié)構(gòu)可靠性的重要因素之一。對(duì)于功率高、發(fā)熱量大的設(shè)備,自然散熱方式已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足要求。水冷式散熱方式由于具有散熱效率高、清潔衛(wèi)生、成本較低等特點(diǎn)越來(lái)越受到人們關(guān)注。一般來(lái)說(shuō),水冷散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是憑借經(jīng)驗(yàn),然后采用試驗(yàn)方法對(duì)其散熱性能及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)定,這存在研發(fā)周期長(zhǎng)、成本高、實(shí)驗(yàn)條件要求高、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展較好的改善了這一局面。所以利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)水冷散熱

2、器的散熱性能及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,分析結(jié)果對(duì)水冷散熱器的研發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。
　　針對(duì)某軍工企業(yè)所設(shè)計(jì)的水冷散熱器結(jié)構(gòu),本文利用ANSYS大型有限元軟件建立了水冷散熱器、緊固螺栓、注水塞與板件過(guò)盈配合的有限元簡(jiǎn)化模型。利用ANSYS的FLOTRAN單元,分析了水冷散熱器的散熱性能及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。分析了多種因素對(duì)水冷散熱器散熱性能的影響規(guī)律;采用熱-結(jié)構(gòu)間接耦合方法,分析了水冷散熱器在工況下的熱變形情況和等效熱應(yīng)力分布;對(duì)緊固螺栓進(jìn)行熱變

3、形位移和等效熱應(yīng)力評(píng)定,分析了水冷散熱器的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性;探討了水冷散熱器冷卻流道的加工方法,對(duì)所提出的注水塞與板件過(guò)盈配合方案進(jìn)行了接觸非線性的熱變形分析,并給出了注水塞材質(zhì)選擇的改進(jìn)方案。
　　研究結(jié)果表明:(1)冷卻流道截面積大小影響流體流速分布以及換熱強(qiáng)度,散熱器的各平行流道之間以及矩形流道與分流接口圓管之間的板件都存在溫度堆積現(xiàn)象;(2)在自然空氣熱對(duì)流的工況下,流體入口流速取2 m/s時(shí),能在低功耗下達(dá)到較好的散熱效果;(

4、3)根據(jù)模擬得到的空氣熱對(duì)流情況對(duì)散熱性能的影響曲線來(lái)設(shè)置風(fēng)冷參數(shù),可以提高水冷散熱器散熱性能。(4)水冷散熱器發(fā)生熱膨脹變形十分明顯、且分布不均勻,較嚴(yán)重的熱膨脹變形發(fā)生在散熱器的矩形流道換熱區(qū),該區(qū)域容易產(chǎn)生破裂危險(xiǎn),熱設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注;(5)緊固螺栓的等效熱應(yīng)力值小于螺栓的屈服強(qiáng)度300 MPa,最大熱變形量為0.295 mm,能夠滿(mǎn)足水冷散熱器的正常工作使用要求;(6)所提出的注水塞與板件過(guò)盈配合方式,能降低加工難度,降低生產(chǎn)