Comsol笔记本电脑散热模拟

1.1发热原因

    笔记本电脑发热是一个常见的问题，主要由以下几个原因引起：

（1）环境温度高：环境高温会导致笔记本散热效率降低；（2）灰尘积累：灰尘过多会阻碍笔记本的散热性能，尤其是出风口被灰尘堵塞时;（3）硬件老化：硅脂老化会导致热量传递效率降低;（4）程序运行过多：运行的程序数量过多会增加CPU的负担，导致发热。

1.2散热措施

（1）改善通风条件：保证笔记本底部空间通畅，避免在柔软或散热性不好的物体上使用;（2）清理灰尘和更换硅脂：定期清理笔记本内部的灰尘，并更换老化的硅脂;（3）关闭不必要的后台程序：关闭不使用的应用或清理后台应用，以减少CPU的负担;（4）使用外置散热设备：使用散热架或外置风扇等设备帮助散热;（5）保持环境温度适宜：在适宜的温度范围内使用笔记本，可以通过开启空调来降低室内温度。

图1. 发热的笔记本电脑

    根据某品牌笔记本的实际尺寸，按照显示屏、支架、发热芯片以及散热通道等数据，选择在Comsol自带的建模软件模块建立笔记本电脑三维模型，如图2所示。模型中各部分结构材料均可在材料库中直接添加使用。仿真计算需设置材料的比热容、导热系数、密度和动力粘度参数，为了计算结果的准确性，以上参数均从相关论文资料以及现有实验数据中获得，如图3所示。

图2. 物理模型

图3. 材料参数

    笔记本电脑散热选择固体和流体传热模块以及层流模块相耦合的非等温流多物理场进行计算，传热场需要设置芯片发热热源15W、散热口流入流出以及自然对流散热边界条件，同样流体场也需要设置空气的入口速度0.02m/s和出口压力0Pa边界条件，详细物理场边界条件设置如图4所示。

图4. 物理场边界条件

    根据有限元法的求解原理，剖分越精细，求解越准确，所以在计算散热流体场时需要对尺寸较小的流体区域进行网格加密处理。同时，为了保证整体场域网格剖分的质量，在初步剖分和部分加密后还需要进行整体场域的网格优化，主要对流体域内几何边界处的网格进行边界层网格加密处理，网格质量分布如图5所示。

图5. 计算网格质量分布

    计算模型采用稳态全耦合求解器进行求解，通过计算得到笔记本电脑温度、速度和压力分布如下所示。

图6. 温度场分布

图7. 等温线分布

图8. 速度分布

图9. 流线分布

图10. 压力分布

供稿：热流Es

编辑：RECHER

审核：赵佳乐