Tiểu luận phân tích dòng chảy chảy tản nhiệt

phân tích dòng chảy dưới tác dụng của tản nhiệt trong hệ thống làm mát của cpu , phân tích quá trình làm mát hướng dẫn các bước thực hiện tạo model , phân tích , tạo lưới ...phân tích áp suất có thể chịu được phân tích vận tốc phân tích nhiệt học

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

CƠ LƯU CHẤT - ỨNG DỤNG

MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TẢN NHIỆT KHÍ CỦA CPU

GVHD: Nguyễn Trần Phú

SVTH: Bùi Hồng Tân 18143149

Hồ Chí Minh, 15 tháng 6 năm 2020

MỤC LỤC

Chương 1: 4

4

Giới thiệu 4

1.1 Giới thiệu Comsol Multiphysics 4

2.2 Các vấn đề cần giải quyết trong tiểu luận này 5

Chương 2: 6

6

Điều kiện biên 6

2.1 Definitions 6

2.1.1 Coordinate Systems 6

2.2 Geometry 1 7

2.3 Materials 7

2.3.1 Air 7

2.3.2 Iron 9

2.4 Laminar Flow (spf) 10

2.4.1 Fluid Properties 1 11

2.4.2 Wall 1 12

2.4.3 Initial Values 1 13

2.4.4 Inlet 1 14

2.4.5 Outlet 1 15

2.4.6 Symmetry 1 16

2.5 Heat Transfer in Fluids (ht) 17

2.5.1 Heat Transfer in Fluids 1 18

2.5.2 Thermal Insulation 1 19

2.5.3 Initial Values 1 20

2.5.4 Temperature 1 21

2.5.5 Boundary Heat Source 1 22

2.6 Mesh 1 23

2.7.1 Stationary 24

2.7.2 Solver Configurations 24

Chương 3: 26

Phân tích 26

3.1 Velocity (spf) 26

3.2 Pressure (spf) 28

3.3 Temperature 29

3.4 ISOTHERMAL CONTROURS 30

Chương 4: 31

STEP 31

Chương 5: 35

Tài liệu tham khảo 35

Chương 1:

Giới thiệu

Hiện nay, các nghiên cứu khoa học được thực hiện dựa trên các phương pháp khácnhau, trong đó phương pháp mô phỏng số và phương pháp thực nghiệm thường được sửdụng nhiềuMô phỏng số là công nghệ tạo ra những mô hình hoạt động gần giống như các

sự vật, hiện tượng xảy ra trong thực tếTrong thời đại khoa học công nghệ ngày nay, côngnghệ mô phỏng số ngày càng được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuậtcũng như hoạt động của con ngườiMô phỏng số đem đến những lợi ích to lớn như là: tiếtkiệm thời gian, kinh phí, nguyên vật liệu, tránh được những rủi ro, nguy hiểm trong điềukiện thực, giảm tác động xấu tới môi trườngBên cạnh đó, mô phỏng số học còn giải quyết

nhiều vấn đề khoa học cái mà có thể không thể làm trong điều kiện thực - Trích dẫn lời

PGS.TS Đặng Thành TrungComsol Multiphysics là một trong những phần mềm môphỏng tối ưu nhất hiện nay

1.1 Giới thiệu Comsol Multiphysics

Comsol Multiphysics là gì?

Comsol Multiphysics là một phần mềm đa nền tảng phân tích phần tử hữu hạn, giải và

xử lý mô phỏngNó cho phép người dung sử dụng các giao diện dựa trên kiến thức vật lýthông thường và các hệ liên thông của phương trình vi phân từng phần (PDE)COMSOLcung cấp một IDE (phần mềm cung cấp cho các lập trình viên một môi trường tích hợp

dụng năng lực của nhau) cho Java và LiveLink cho MATLAP có thể sử dụng để kiểmsoát phần mềm bên ngoài, và cùng một API cùng được sử dụng thông qua Trình chỉnhsửa phương pháp (Method Editor).

2.2 Các vấn đề cần giải quyết trong tiểu luận này

Cấu tạo của tản nhiệt khí sẽ gồm có 3 phần chính: phần chân để cắm vào bo mạch,khối tản nhiệt và cuối cùng là quạt

- Khối tản nhiệt: Khối tản nhiệt của tản nhiệt được làm bằng kim loại: lõi đồng vàcác lá tản nhiệt bằng nhômPhần đế tiếp xúc với CPU được làm bằng đồng sẽ dẫn

- Quạt: Tạo luồng gió làm mát các lá tản nhiệt và phân tán nhiệt lượng ra khôngkhí.

Name Value

Create first tangent direction

Heat capacity at constant

Heat capacity at constant

2.5 Heat Transfer in Fluids (ht)

Heat Transfer in Fluids

2.5.1 Heat Transfer in Fluids 1

Heat Transfer in Fluids 1

Heat capacity at constant

2.5.5 Boundary Heat Source 1

Boundary Heat Source 1

Name Expression Unit Description Selection

227, 279–280, 284–

285, 287–292, 294ht.bhs1.Qb 2.5 W/m^2 Boundary heat source Boundaries 190–195,

2.7 Study 1 2.7.1 Stationary

Physics selection

Laminar Flow (spf) physics

Heat Transfer in Fluids (ht) physics

2.7.2 Solver Configurations

Compile Equations: Stationary (st1)

Study and step

Maximum element size 0.0675

Minimum element size 0.0126

Resolution of curvature 0.7

Resolution of narrow regions 0.4

Maximum element growth

Initial values of variables solved for

Chương 3:

Phân tích

Thông qua số liệu đã được mô phỏng chúng ta có thể kiểm soát và đánh giá được cácquá trình tương tác trao đổi nhiệt cũng như quá trình lưu chất của thất khí trong model(CPU) từ những kết quả trên ta dễ dàng đưa ra các thay đổi cho phù hợp hơn, giúp đánhgiá được những tác động của các yếu tố ngoại cảnh (thực tế) lên các đối tượng khảo sát

3.1 Velocity (spf)

Vận tốc của dòng chảy được đánh giá là cực kì quan trọng trong bài phân tích này, nóthể hiện được trạng thái, sự biến đổi, hướng của dòng chảy của chất khí trong model môphỏng Dựa vào kết quả trên có thể đưa ra thay đổi kết cấu của model hoặc tăng lưulượng đầu vào của model, để đưa ra model tối ưu nhất có thể

Với vận tốc đầu vào là v0 = 10 m/s tùy theo vị trí và cấu trúc của các Domail (Iron) vàvận tốc của chất khí có thể dao động từ 0 (m/s) > 14.885 (m/s)

Phần màu xanh là nơi mà lưu chất khí không thể chảy qua được, có rất nhiều nguyênnhân trong hiện tượng này nhưng chủ yếu là:

 Lưu lượng và vận tốc đầu vào ít và vị trí nằm ở chỗ không thuận lợi cho việc lưuchất

 Sự khuếch đại chất khí của cánh quạt trong không gian không lớn

Ngoài 2 quạt tản nhiệt thì áp suất mà các Domail khác cần phải chịu là khá nhỏ, nên

sự lo ngại về vấn đề áp suất tác dụng lên các phần tử quan trọng là không đáng ngại Kết quả thể hiện được độ bền và tuổi thọ của các Domail là khá cao có thể hoạt động

ổn định trong thời gian lâu dài

Phân tích được sự quá tải nhiệt của chi tiết, tránh được sự ảnh hưởng của nhiệt độ đếnquá trình hoạt động và độ bền của CPU

Nhiệt độ cao nhất trong mô phỏng này là 337 oK tương đương 65 oC và các nhiệt độ của các Domail khác dao động ổn định ở mức thấp hơn.

Ảnh hưởng từ nhiệt độ đến quá trình hoạt động của máy là không đáng kể độ bền của chi tiết khá cao

3.4 ISOTHERMAL CONTROURS

Các đường đẳng nhiệt dao động từ 300 k – 336 k

3 Add physics, Fluid Flow>Single-Phase Flow>Laminar Flow (spf).

Heat Transfer > Heat transfer in fluids (ht).

3 Trong bảng, nhập các thông số cần cài đặt.

Name Expression Description

2 Trong cửa sổ Material Browser, xác định vật liệu.

3 Chọn Built-In > Ari cho Domail (1, 3-7, 9) và Built-In > Iron cho

3 Trong cửa sổ Inlet settings, chọn Boundary Condition section.

Trong Boundary Condition section, chọn Velocity.

4 Trong Velocity, chọn Velocity Field với giá trị u 0 = -v0 (theo phương z)

2 Chọn Manual (53,58,63,68) > add to Selection.

HEAT TRANSFER IN FLIUDS (ht)

1 Chọn vào Heat transfer in fluids > chọn Manual (1, 3-7, 9) > Add to selection.

Temperature

1 Trong cửa sổ Model Builder, chọn chuột phải vào Heat transfer in fluids

và chọn Temperature

2 Chọn Manual (117 and 209) > add to Selection.

3 Trong hộp thoại Temperature, chọn giá trị T 0 = 298 K.

Bounary Heat source

2 Chọn Manual cần gia nhiệt add to Selection.

3 Trong hộp thoại Bounary Heat source, chọn giá trị Q b = 2.5 w/m 2

.

MESH 1

1 Trong cửa sổ Model Builder, chọn Mesh 1.

2 Chuột phải vào Mesh 1 chọn Free Tetrahedral.

3 Chọn vào Size, trong Element size chọn Predefined chọn Coares

4 Trong Free Tetrahedral 1 chọn Domain (2-10) > Add to selection

5 Trong Element size chọn Predefined chọn Extra fine.

2 chuột phải Velocity (spf) và chọn Surface.

3 Chuột phải vào Velocity (spf) và chọn Arrow Surface.

4 Cửa sổ cài đặt của Arrow Surface settings, chọn vào hộp thoại Coloring and Style

5 Arrow length Chọn Logarithmic.

6 Chọn màu, chọn màu Yellow.

7 Chọn Plot.

1 Trong cửa sổ Model Builder, chuột phải Temperature và chọn Surface.

2 Cửa sổ cài đặt của Surface settings, chọn vào hộp thoại Coloring and Style.

3 Coloring > color table.

4 Color tabel > Rainbow.

4 Cửa sổ cài đặt của Streamline, chọn vào hộp thoại Coloring and Style.

5 Line type > Tube.

6 Chuột phải vào Results > 3D Plot Group 5 >Streamline 1 và chọn Color Expression.

Mô phỏng CFD mẫu:

https://drive.google.com/file/d/19OV_nDo07Cu_fM3O8LrvqHQScXvW4IP/view?usp=sharing