岳家斌 朱敏波 严松
概括：
为提高散热器的散热性能，将压电风扇分别与直肋散热器和针翅散热器组合进行散热，采用FLUENT软件模拟散热流场并计算分析了两种散热器的协同角和散热性能特征。 考虑到压电风扇的振动特性，将直翅片散热器的翅片改为扇形排列，根据仿真结果将散热器扇形翅片后端进一步改为针翅片，并设计了一种新的散热器。 根据散热器的温度和协同角分布对散热器的散热性能进行评价和分析。 结果表明，自然散热时针翅式散热器的散热性能最佳，协同角较小； 压电风扇工作时，新的散热器散热性能最好，比原来的直翅片散热器组合温度降低4K，比原来的插脚散热器低2K翅片散热器组合。 新型散热器仅通过改变散热器的翅片排列方式，即可显着提高散热器的散热性能。
关键词：
压电风扇； 散热器; 协同角； 模拟
CLC编号：
TP391.99； TN606文件代码：
乙
抽象的：
为提高散热器的散热性能，将压电风扇分别与板翅式散热器和针翅式散热器组合散热，采用FLUENT软件模拟散热流场并计算协同角，然后分析两种散热器的散热特性。 考虑到压电风扇的振动特性，将板翅式散热器改进为扇形排列。 根据仿真结果，将扇形板翅式散热器的后翅片进一步改进为针翅式，得到新的散热器。 根据散热器温度和协同角分布，对散热器的散热性能进行评估分析。 结果表明：
自然散热下，针翅式散热器的散热性能最好，协同角相对较小； 与压电风扇结合使用时，新型散热器的散热性能最佳，比板翅式散热器组合低4K左右，比针翅式散热器组合低2K左右。 仅通过改变鳍片排列方式，新型散热器的散热性能就得到了明显提升。
关键词：
压电风扇； 散热器; 协同角； 模拟
0 前言
随着电子技术的飞速发展，电子产品朝着高性能、多功能、小型化的方向发展，导致电子设备的功耗和发热增加。 为了不影响电子产品的正常工作，必须对多余的热量进行散热。 压电风扇占用空间小，工作噪音低，功耗小，可以更好的应用于小型电子设备。 [1-3] 在实际应用中，压电风扇通常与散热器结合使用，为电子元器件散热。 国内外专家研究分析了放置在散热器外不同位置的压电风扇的散热性能[4-5]、放置在散热器内部的压电风扇的散热性能[6-7]、压电风扇与散热器其他散热方式共同散热时的散热性能[8]等。根据场协同理论，协同角范围为0°~90°，角度越小越好传热[9-11]。 本文将压电风扇与直肋和针翅两种常用散热器相结合，设计了一种新型散热器，并利用协同角的分布对散热器进行了评估分析。
1 仿真模型构建
以直肋散热器为例建立仿真模型，见图1。散热器的长、宽、高分别为40、40、20mm，材料为铝合金； 其下方的热源长、宽、高分别为30、30、2mm，加热功率为5W。 环境温度为297.15 K（24℃）； 压电风扇垂直和水平放置在散热器前方，距散热器2mm。
2个压电风扇结合2个常用散热器
2.1 与直肋散热器组合
直翅片散热器结构如图2所示，底板厚度3mm，翅片高度17mm，翅片厚度1.50mm，翅片间距2.65毫米。 在FLUENT仿真软件中，模拟了直肋散热器在自然散热和压电风扇工作时的散热性能。 自然散热时，热源表面平均温度为337 K。压电风扇工作时散热器的温度云图如图3所示，热源表面最高温度为322 K。
由于压电风扇产生的风很难到达两端的翅片之间，风速主要集中在散热器前端的中部，使得这里的温度最低，所以散热器的表面温度热源在前端中间较低，在后侧两端较低。 高温特性。
在FLUENT中编写程序计算配位角，得到直肋散热器配位角分布图，如图4所示。
从场协调角度看，压电风扇在工作过程中会产生涡流，使风速和风向时刻发生变化，导致风扇附近的协调角不断变化，但不会很大。 散热器附近的风速方向基本恒定，都是沿着翅片的长度方向，所以协同角几乎为90°。 综上所述，压电风扇结合直肋散热器的散热性能较差。
2.2 与针翅散热器的组合
针翅式散热器结构如图5所示，底板厚度为3mm，翅片高度为17mm，长度方向翅片厚度为2.65mm，翅片间距为1.50mm，翅片宽度方向厚度为1.50mm，翅片间距为2.35mm。
在FLUENT中模拟了针翅式散热器在自然散热和压电风扇工作时的散热性能。 自然散热时，热源表面平均温度为335 K，压电风扇工作时针翅散热器温度云图如图6所示，热源表面最高温度为320 K ，且前端温度低，后端温度高，说明压电风扇主要作用于针翅式散热器的前端。
在FLUENT中生成的针翅式散热器的协同角分布图如图7所示。
从场协调角度看，由于压电风扇产生的风速方向一直在变化，风扇附近的协调角度也发生变化，而且角度都比较小。 与直翅片散热器相比，针翅片散热器在翅片之间存在湍流，因此提高了协同角。
3 新散热器
3.1 新型散热器Ⅰ
压电风扇的工作原理是通过周期性的往复振动带动周围的空气流动，从而使风速风向不断变化，类似于日常生活中使用的风扇。 为提高压电风扇与散热器的配合效果，考虑压电风扇的振动特性，将直肋散热器的翅片由平行排列改为扇形排列，设计了新型散热器Ⅰ。 其结构如图8所示，新型散热器Ⅰ底板厚度为3mm，翅片高度为17mm，翅片厚度为1.50mm，前端翅片间距端为 2.65 毫米。
在FLUENT中模拟了新型散热器Ⅰ在自然散热和压电风扇工作时的散热性能。 自然散热时，热源表面平均温度为337 K，与直翅片散热器一致。 新型散热器Ⅰ压电风扇工作时的温度云图如图9所示，热源表面最高温度为319K。由于风速主要分布在散热器前端，且后端风速很小，热源面前端温度低，后端温度高。
我在FLUENT中生成的新型散热器的协同角分布图如图10所示，从场协同的角度来看，压电风扇附近的协同角与直配散热器具有相同的特性，但协同角散热器附近基本都是90°左右。 由于新型散热器Ⅰ的翅片是根据压电风扇的振动特性设计的，因此每个翅片之间的风速方向基本上是沿着翅片的长度，垂直于温度梯度的方向。 因此，新型散热器I可以有效利用压电风扇来提高散热器两端的散热性能。
3.2 新散热器二
根据前面的分析，新型散热器Ⅰ可以提高散热器左右两端的散热性能，但是分析流场风速矢量图（见图11）可以看出，侧边的风速散热器离压电风扇的距离很小，说明压电风扇产生的风不能传到很远的地方。 在不改变压电风扇和散热器位置的前提下，压电风扇很难产生强制对流散热到散热器后端。
压电风扇对散热器后端影响不大，散热器后端主要是自然散热。 由上可知，自然散热时，针翅式散热器的散热效果最好。 为了提升整体散热性能，在新款散热器I的基础上，将后部的鳍片改为针翅分布，从而增加了后部的整体散热面积。 新型散热器Ⅱ的设计结构如图12所示。
在FLUENT中，模拟了新型散热器II在自然散热和压电风扇工作时的散热性能。 自然散热时，热源平均表面温度为336 K，低于直肋散热器。 新型散热器Ⅱ压电风扇工作时的温度云图如图13所示，热源表面最高温度为318K，前端温度偏低，后端呈现出高温的特点。中间高，两侧低，符合新散热器II的流场特性。
在FLUENT中生成的新型散热器II的协同角分布图如图14所示。
从场配合来看，相比新款散热器Ⅰ，新款散热器Ⅱ结合针翅式散热器，使得散热器整体协同角更小，更有利于散热。
综上所述，新款散热器II整合了前三款散热器的优点，能够有效利用压电风扇提升整体散热性能。 四种散热器热源的平均表面温度对比如表1所示。
从表1可以看出，自然散热时，针翅式散热器的散热性能最佳； 压电风扇工作时，新型散热器II的散热性能最佳，其热源温度比直翅片散热器组合低4K左右，低于直翅片散热器散热器组合。 与针翅式散热器组合可减少约2K。 新款散热器II仅通过改变鳍片的排列方式，即可显着提升散热性能。
4。结论
本文采用压电风扇与直肋和针翅散热器相结合的方式进行散热。 仿真结果表明，针翅式散热器在自然散热过程中的散热性能最好，因为针翅式翅片可以改善协同角的分布。 ，所以更有利于散热； 压电风扇工作时，新型散热器II的散热性能最佳，热源温度比直肋散热器低4K左右，说明新型散热器II可以有效地使用压电风扇。 提高整体热性能。
参考：
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（编辑张猛）
