波狀鰭片散熱模組之最佳化設計---數值與實驗研究

一般來說，散熱途徑可以區分為三類: (1)鰭片(Fins)，裝置於發熱體上延伸其與散熱媒介之接觸面積；(2)反置鰭片(Inverted fins/Cavities)，藉改變發熱體本身形狀以增加與散熱媒介之接觸面積；(3)高導熱通道(Highly Conductive Pathway)，在反置鰭片中鑲入一導熱率大於發熱體之材料，加強廢熱從熱源到環境的傳遞。除了反置鰭片外，其餘兩種方式皆至少須使用兩種材料，直接藉由發熱體本身散熱為較簡單且直接的方式，故吾人將首先以反置鰭片作為研究目標。波浪狀外形設計常見於散熱鰭片上，主要目的是為了增加散熱表面積，而尚未有文獻以此外形設計反置鰭片，故吾人將以一正弦函數為設計外形，並以將系統均溫極小化及指定系統均溫為設計目標做反算預測，並在最後進行實驗驗證。本研究擬針對變形正弦波鰭片散熱模組之設計應用問題提出一三年期計畫，目標為預測最佳散熱效果之變形正弦波鰭片外型，以獲得最小底板平均溫度與環境溫度之溫差。藉由本三年期計畫進行實驗與數值模擬配合之研究，相信能有更多之研究貢獻。本三年期計畫第一年將利用CFD-ACE+，在不改變鰭片總體積的狀況下，以變形正弦波之振幅與角頻率為設計參數，建立起變形正弦波鰭片外型散熱模組之直接解問題，並進行流場與溫度場之分析及利用反算法之拉凡格式法（Levenberg Marquardt Method, LMM）建立簡單反算模型來預測當最佳振幅與角頻率之函數時之二維散熱模組設計問題。第二年將在第一年所建立之二維幾何模型為基礎下，並結合最佳化方法---拉凡格式法，針對三維變形正弦波鰭片外型散熱模組之設計參數進行最佳化預測與研究。第三年將利用第一年及第二年之模擬結果在風洞進行實驗確認，以驗證本設計方法之實用性。