CPU 冷却器

CPU 冷却器

问题描述

我们来分析一个由铜芯和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

()/CA c A D T T P ψ=-，

此处 c T 是CPU 表面温度， A T 环境空气温度，而D P

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；

计算域

按下表定义计算域的大小；

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 。