文档介绍：2005 Fluent 中国用户大会论文集

冷板散热问题的数值模拟

周维黄冬梅
(北京天源博通科技有限公司北京洋桥马家堡东路 71 号立业大厦 9007 室,100068)

摘要:使用 Icepak 软件对冷板散热问题进行了模型,研究了冷板内部冷却剂流量对元件温度的影响,并对冷板内通道增
加翅片的情况进行了分析。计算表明在一定流速范围内,增大冷却剂流量能显著降低元件温度,冷板内部合理布置翅片能增
强冷板的散热功效。
关键词:数值模拟 Icepak 软件冷板

引言
冷板是一种采用气体、水或者其它液体作为冷却剂的热交换器[1]。由于冷板具有较小的冷却通道,
能够采用有利于对流换热的翅片表面几何形状,因此冷板的换热系数较高。冷板可用于元件级、板级和系
统级电子热控技术中。采用液体冷却剂的冷板具有较高的换热系数,目前在电子设备热控技术中得到广泛
的应用。液体冷却剂的流量和翅片对冷板冷却效率有显著影响,有必要对此进行合理的分析。
随着计算机和数值计算技术的发展,数值仿真在电子设备热控分析和设计中发挥出越来越重要的作
用。冷板模拟属于多流体问题,冷却剂工质和外部空气为不同的计算域,实际使用的冷板,几何外形和翅
片形状一般不是规则的几何,Icepak 软件具有模拟多流体问题的功能,其强大的几何建模和网格模块能够
保证复杂几何的边界形状和计算网格的质量[2]。
1 模型、网格和计算条件
对常用的冷板模型进行分析,图 1 为冷板结构图,最大几何尺寸为 500mm×125mm×20mm,所有壁厚为
5 毫米厚,中间液体工质层厚度为 10mm,液体冷却剂进口为 7mm×7mm 的矩形。冷板上表面中心部位贴有
一个发热元件,尺寸为 80mm×40mm×10mm,发热量为 100 瓦。冷板工质为水,进口温度为 50 摄氏度。

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图 1 冷板模型

对于具有斜面或曲面的模型,在 Icepak 中使用六面体非结构网格能够得到高质量的网格[3],原模型
总网格数为 7 万多。为了研究在冷板内部增加翅片对散热效果的影响,在原模型制冷剂中增加一排厚度为
2mm 的翅片,如图 2 所示,该模型的计算网格为 8 万多个。

图 2 计算网格(内部带有翅片)
2 计算结果和分析
对上述两个模型不同冷却剂流量的工况进行计算,由于冷却剂进口固定,计算得到元件中心温度和冷
却剂进口速度(既流量)的函数关系,如图 3 所示。从计算曲线可以看出,当冷却剂流量很小的时候(进
口速度为厘米量级),随着流量的增加,元件温度会急剧降低;当流速增加到一定程度,增大冷却剂流量
并不能显著降低元件温度;冷却剂流场中布置翅片能够有效的降低元件温度,在相同流量下,两种模型温
差大于 5 摄氏度。

没有翅片
110
有翅片
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
元件中心温度(摄氏度) 55
50
0
进口流速(米/秒)

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