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系統識別號 U0026-1708202016233300
論文名稱(中文) 不同間距與鰭片數量之多鰭片的對流熱傳係數分析
論文名稱(英文) Analysis of Convection Heat Transfer Coefficient of Multi-Fin Heat Sink with Different Fin Spacing and Number
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 工程科學系
系所名稱(英) Department of Engineering Science
學年度 108
學期 2
出版年 109
研究生(中文) 張竣廷
研究生(英文) Jiun-Ting Chang
學號 N96074447
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 183頁
口試委員 指導教授-趙隆山
口試委員-彭勳章
口試委員-張建宏
中文關鍵字 雙鰭  散熱片  對流熱傳係數  迴歸分析 
英文關鍵字 double fin  convection  heat transfer coefficient  regression analysis 
學科別分類
中文摘要 本文是透過實驗與模擬兩種方法對不同間距的雙鰭散熱片施加不同的壓力於強制對流的環境中進行探討,量測到溫度數據以迴歸分析的方式整理出對流熱傳係數,並進一步探討不同數量的鰭片對於鰭片部分熱量散失的影響。藉由調整電源供應器的功率和強制對流的風速,觀測溫度的數值變化並建立兩個變數間的關係,依照得出的關係式去推測環境不同的狀況下,鰭片表面附近的對流熱傳係數。
要知道鰭片上散失的q_fin我們先將鰭片底座的熱損失扣除,依據q_fin和鰭片上的溫度T_fin的線性迴歸方程式把h ̅_fin轉變成T_fin的函數,進而獲得h ̅_fin的極值為β_1/A_fin 變化趨勢則是可以從β_1 T_∞+β_0求得,再利用Nu和Re比較各鰭片之優劣。
根據實驗和模擬結果顯示,間距最寬雙鰭片在設定的六種風速下皆呈現對流熱傳係數最高的現象,間距最窄則都是最低的結果,其餘介於前述兩者間且數值都相當接近,對流熱傳係數的變化不大。
在多鰭片探討鰭片散失之熱量得知:鰭片越多散失的熱量也越多,對流熱傳係數卻不一定隨鰭片數量增加而提升,所以鰭片的散熱不僅要考慮對流熱傳係數,也需要考慮鰭片散失熱量的多寡才周全。
英文摘要 This study focuses on analyzing the convection heat transfer coefficient of a multi-fin heat sink with different fin spacings and numbers in a forced convection environment by the means of experimental and numerical methods.
By adjusting the heating power and speed of the air flow, temperature variation is observed and recorded. In order to know the heat dissipation of the fin, we deduct the heat loss of the fin’s base and bottom block in advance. Then we establish a linear equation between q_fin and T_fin based on regression analysis. According to the obtained relation, we infer the convective heat transfer coefficient near the fin’s surface under different environment conditions.
The experimental and simulation results show that the double-fins with the widest spacing has the highest convective coefficient. The narrowest spacing has the lowest. The others results are between the widest and the narrowest.
When we discuss the heat loss of fins in multi-fin, we find that the more fins there are, the more heat is lost. However, the convective heat transfer coefficient does not necessarily increase as the number of fins increases. As a result, the heat dissipation of fins should not only consider the convective heat transfer coefficient, but it also needs to consider the amount of heat lost by the fins.
論文目次 摘要 I
誌謝 XII
目錄 XIII
表目錄 XVIII
圖目錄 XXIII
符號說明 XXXIII
第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 文獻回顧 3
1-3研究動機 7
1-4研究方法與流程 7
1-5-1實驗部分 8
1-5-2模擬分析部分 8
第二章 理論基礎 10
2-1對流原理 11
2-1-1自然對流 11
2-1-2強制對流 12
2-2鰭片介紹與數學模型 13
2-2-1散熱片之簡介 13
2-2-2鰭片的數學模型 15
2-3熱接觸阻力 17
2-4螺絲鎖緊扭矩、螺絲拉力和鎖緊力關係 19
2-5迴歸分析 21
2-5-1最小平方法 22
2-5-2簡單線性迴歸之評估 23
第三章 實驗介紹 30
3-1實驗模型 30
3-1-1散熱鰭片 30
3-1-2陶瓷加熱片 31
3-1-3冷卻風扇 31
3-1-4陶瓷斷熱片 31
3-1-5電木 31
3-1-6散熱膏 32
3-1-7流道 33
3-2實驗設備 33
3-2-1電源供應器 33
3-2-2溫度擷取器 33
3-2-3 冰點校正器 34
3-2-5 點焊機 34
3-2-6風速計 34
3-2-7 K型熱電偶 34
3-2-8電力計 35
3-2-9無段式扭力起子 35
3-2-10水準尺 35
3-3 實驗流程 36
3-3-1求扭力值和底部溫度之傳遞最佳化 36
3-3-2發熱功率和熱源溫度之關係圖 39
3-3-3計算由鰭片散出之熱量 41
3-3-4計算對流熱傳係數 42
第四章 模擬介紹 58
4-1 COMSOL 軟體介紹 58
4-1-1選擇分析模組(Model navigator) 58
4-1-2建立幾何模型 58
4-1-3設定邊界與統御條件的參數 59
4-1-4製作初始化網格 59
4-1-5求解器求解 59
4-1-6後處理 60
4-2 系統環境參數設定 61
第五章 結果與討論 67
5-1實驗結果 67
5-1-1求扭力值和底部溫度之傳遞最佳化 67
5-1-2電源功率與熱源溫度關係圖 69
5-1-3從鰭片部分散出去的熱量與鰭片溫度之關係圖 71
5-1-4鰭片部分之對流熱傳係數與鰭片溫度之關係圖 73
5-1-5利用無因次參數分析鰭片散熱情形 75
5-2模擬結果 78
5-2-1電源功率和熱源溫度關係圖 78
5-2-2從鰭片部分所散出的熱量和鰭片溫度之關係圖 80
5-2-3鰭片部分之對流熱傳係數和鰭片溫度之關係圖 81
5-2-4利用無因次參數分析鰭片散熱情形 84
5-3鰭片部分散失之熱量 85
5-3-1電源功率和熱源溫度關係圖 85
5-3-2從鰭片部分所散出的熱量和鰭片溫度之關係圖 87
5-3-3鰭片部分之對流熱傳係數和鰭片溫度之關係圖 88
5-3-4利用無因次參數分析鰭片散熱情形 89
第六章 結論 178
參考文獻 181
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論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2020-08-24起公開。
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