CPU_冷却器

第十三章 CPU 冷却器 CPU 冷却器 问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 描述 我们来 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 一个由铜芯和62个翅片的铝制散热器组成的 CPU 冷却器。8个叶片的风扇产生恒定流量的空气通过散热器。CPU 嵌于PCB 上的插座中。CPU 产生的热量通过铜芯传递到散热器，最后进入到空气中。 利用 EFD.Pro 对问题进行计算，使用局部旋转区域的概念是非常方便的。为了简化问题的描述，我们不考虑CPU和冷却器之间的导热界面层。同时，我们也忽略了CPU通过插座和PCB的导热。 冷却器效率定量的评价是热特性参数 ，此处 是CPU表面温度， 环境空气温度，而 是CPU的总设计热耗 (TDP)。 模型定义 复制 Tutorial Advanced 6 - CPU Cooler 文件夹进入到你的工作目录。打开 CPU_COOLER.ASM 组件。 项目定义 按下表使用 Wizard 创建一个新的项目； Project Configuration Use current Unit system SI Analysis type External; Exclude cavities without flow conditions; Exclude internal space Physical features Heat conduction in solids; Rotation: Type - Local region(s) Default fluid Gases - Air Default solid Insulator Wall Conditions Default smooth walls Initial and Ambient Conditions Thermodynamic parameters: Temperature=38°C; Solid parameters: Initial solid temperature=38°C; other conditions are default Result and Geometry Resolution Set the Result resolution level to 5; Minimum gap size = 0.001 m，other options are default 计算域 按下表定义计算域的大小； X min = -0.095 m Y min = 0.0005 m Z min = -0.095 m X max = 0.095 m Y max = 0.1123 m Z max = 0.095 m 旋转区域 当不能使用全局旋转坐标系时，Rotating region 可用于对由非旋转器件环绕的模型旋转元件（风机、搅拌器、推进器等）进行流动的计算。举例，局部旋转区域可用于复杂模型的流体流动分析，这个模型中可以包含以不同速度沿不同轴旋转的元件和计算域有一个非轴对称（与旋转元件有关）的外部固体/流体面。 每一个旋转固体元件被一个轴对称的旋转区域环绕着，这个轴对称旋转区域有它和元件共同的坐标系统。 通过模型附加的元件来对旋转区域进行定义。这个附件的元件必须满足以下要求： · 必须把旋转元件完全的包括在内。 · 必须是轴对称的 (关于旋转元件的旋转轴)。 · 它与其它流体和固体区域的边界也必须轴对称，因为这个边界被划分成等宽的圆环而且临近流动区域处的流动参数转移为边界条件。 · 定义不同旋转区域的元件不能交叉。 按如下方式定义旋转区域； 1. 点击 Flow Analysis，Insert，Rotating Region。 2. 在模型树中选择 ROTATION_REGION 元件。注意 Disable solid components 自动的被勾选，从而将旋转作为流动区域。 应用旋转区域的元件必须是一个旋转的物体，而且它的物体的旋转轴必须和区域的旋转轴相一致。这个元件必须在 Component Control 对话框中进行关闭。这个元件的边界可以和固体交叉，然而，所有的这些实体都必须是轴对称的。既然旋转区域边界处的流动也都是轴对称的，所以我们必须在旋转区域和风扇叶片边缘外部之间提供一条合理的缝隙，以便将局部最小化扰动的影响降至最低。由于相同的原因只要可能就应该将旋转区域的边界放在固体边界的内部，而不是将它们置于狭长的流动通道中。此外，当定义旋转区域的外形时，必须对旋转区域边界处假定的流动方向进行考虑。你应该选择这种流动方向尽可能与流动区域边界垂直的旋转区域的外形。下图提供了一个辅助视图，帮助我们观察这个例子中 CPU 制冷器的实际外形适合采用何种旋转区域外形。(旋转区域边界以红色线条表示)。 3. 在 Angular Velocity 窗口，定义角旋转速度为 -4400 RPM。 在定义旋转区域期间，可以在图形区域看到表示旋转轴和旋转速度的正方向深绿色箭头。因为我们想定义箭头的反方向为旋转方向，所以我们将角速度定义为负值。 4. 点击 OK。 当定义旋转区域时，除了你设定的某一个具体壁面是静止之外，假设这个旋转区域中所有模型壁面都具有与旋转区域相同的角速度。 定义一个非旋转壁面，Stator moving wall boundary condition 可以被应用到这个壁面上。 定义 stator boundary condition 和绝对（非旋转）坐标系中定义壁面速度为零一样。注意这个 stator 面必须关于旋转轴轴对称。 定义静止壁面 我们将在风机的安装架和安装夹的适当壁面处定义静止边界条件。为了方便选择需要的面，隐藏 FAN 和 ROTATING_REGION 元件。 1. 点击 Flow Analysis，Insert，Boundary Condition。 2. 点击 Wall 并且保持 Real Wall 边界类型。 3. 在模型树中选择 FAN_ATTACH 元件。 Fan Attach 元件具有相对更为复杂的几何外形，所以更适合通过选择整个元件再进行面的过滤，而不是手动选择我们需要的面。 4. 按住CTRl键，如图所示选择AttACH_CLIP元件的上表面的两个圆弧形内侧面。 因为我们已经在 Wizard 定义了 Exclude internal space 选项，与 Fan Attach 和 Copper Core 之间空腔接触的面被作为外表面。因此我们需要在 Filter 中勾选 Remove outer faces 选项来剔除它们。 5. 点击 Filter 并且选择 Remove outer faces 和Leave only outer faces and faces in contact with fluid 选项。 ATTACH_CLIP 元件的外形相对简单，我们可以直接进行选取。 6. 点击 OK。 7. 在 Moving Wall Settings 页选择Stator并且返回到 Definition 页。 8. 点击 OK。 固体材料 如下所示定义项目中的固体材料； · CPU 和 HEAT_SINK 由铝构成 (Pre-Defined/Metals)； · COPPER_CORE 由铜构成 (Pre-Defined/Metals)； · 其它所有的零件默认都是绝缘的； 热源 定义 CPU 元件的体积发热率为 75 W 。 初始网格设置 为了更好的对复杂几何外形的风机和散热器进行求解，让我们定义六个辅助控制平面并且为它们之间的间隔定义合适的 Ratio ，从而使包含复杂几何的中心区域网格较密，而接近计算域边界的网格较为粗糙。 1. 点击 Flow Analysis，Initial Mesh。 2. 清除 Automatic settings 勾选。 3. 在 Basic Mesh 页，在 Control Intervals 下或选择X1 的Max间隔或者 X2 的Min间隔，并且点击 Delete plane。 4. 点击 Add plane。在 Create Control Planes 窗口确定 Creating mode 设置为 Click on screen 并且 Parallel to 设置为 YZ，点击几何区域的任何地方并且手动输入 -0.05 作为 X 的新值。 点击 OK 返回到 Initial Mesh 窗口。 5. 按以上步骤，在 X = 0.05 再增加一个面。 默认情况下，EFD.Pro 在计算域边界处，创建六个控制平面，另外在计算域内也有大量的控制平面。现在我们通过剔除计算域内的默认平面和增加新平面来调整控制平面的设置，从而满足我们的需要。 6. 点击 X1 间隔的 Ratio 单元格并且输入 2。用相同的方法分别对 X2 和 X3 间隔输入 1 和 -2 。 Ratio 是给定间隔上网格尺寸的比值。这个网格的大小沿着所选择的方向逐步的改变，所以间隔第一个和最后一个的比值是接近（并不完全相等） Ratio 中输入的值。负的 Ratio 值会相应的造成网格按反方向增加。 7. 删除与 Y 垂直的现有内部控制平面在 Y = 0.042 m 和 Y = 0.047 m处增加新的平面。对 Y1，Y2 和 Y3 间隔Ratio 值分别定义为 1.5，1 and -1.4。 8. 删除与 Z 垂直的现有内部控制平面在 Z = -0.05 m 和 Z = 0.05 m 处增加新的平面。对 Z1，Z2 和 Z3 间隔 Ratio 值分别定义为2，1 和 -2。 9. 检查 Numbers of cells per X，Y 和 Z 分别是 26，12 和 26。如果数值不同，手动进行修改。 10. 为了避免在散热器的边缘产生不必要的网格，到 Solid/fluid Interface 页并且设置 Small solid features refinement level 为 3，Tolerance refinement level 为 2，和 Tolerance refinement criterion 为 0.001 m，保持其余选项都默认。 11. 到 Narrow Channels 页 并且设置 Characteristic number of cells across a narrow channel 为 4 和Narrow channels refinement level 为 1，保持其余选项都默认。这会避免在散热器翅片间狭长通道上产生不必要的网格。 12. 点击 OK。 定义项目目标 将 CPU 表面最大温度和进出旋转区域的质量流量定义为表面目标。选择需要的表面时，你可能要临时隐藏一些其它的元件。 计算热特性参数时我们需要CPU表面中心的最大温度。为获得更为精确的变量值我们要定义一个独立的点目标。 1. 点击 Flow Analysis，Insert，Point Goals。 2. 设置 Defined by 为 Point Coordinates。 3. 输入点的坐标为： X = 0 m， Y = 0.009675 m， Z = 0 m。 4. 点击 Add Point。 5. 在 Parameter 表格在Temperature of solid 行勾选择 Value 。 6. 点击 OK。 保存模型并进行计算 结果 使用目标云图工具获得 CPU 表面中心的温度值。 现在我们可以计算散热器的热特性参数： ，CPU 制冷器的第二个重要的热特性是PCB上方的气流流速。我们可以通过 ASM_FRONT 和 ASM_RIGHT 处的切面云图评价这个参数和温度分布。 温度场和速度矢量分布 (ASM_FRONT plane，no offset，vector spacing = 0.003 m， uniform plot，projected vectors，arrow size = 0.015 m) 温度场和速度矢量的分布 (ASM_RIGHT plane， no offset，vector spacing = 0.003 m， uniform plot， projected vectors，arrow size = 0.015 m) 轮廓线形式的速度矢量分布 (ASM_FRONT plane，no offset) 轮廓线形式的速度矢量分布 (ASM_RIGHT plane，no offset) EFD.Pro 8 教程 13－7 _1258892911.unknown _1258892938.unknown _1258895091.unknown _1258892926.unknown _1258892892.unknown