笔记本电脑智能控制复合式散热器设计说明书

2012届交通建设与装备专业机械创新课程设计——笔记本电脑智能控制复合式外部散热器摘要笔记本电脑的有效散热是其安全运行的前提，随着笔记本电脑CPU功耗的增大及笔记本电脑小型化的要求日益突出，笔记本电脑对散热提出了更高要求。仅靠自身的CPU散热器已经难以到达这样的要求，一系列成熟的外部散热器早已备受消费者的青睐。然而市场已有的外部散热器，大多数都是通过风冷循环散热，由于笔记本电脑底盘比较严实，风冷散热器很难起到理想的作用。结合课程所学知识与常规的笔记本电脑散热器，想到了水冷与风冷的复合使用型散热器。选用液压轴承风扇和离心泵，实现目的一：具备水冷与风冷的复合散热功能。使用三个温度传感器，实现目的二：完成环境温度自动调节散热程度。通过对液压轴承风扇的风量和离心泵的流量及扬程计算，得出散热器接通时，只有风扇一直处于工作状态，温度若低于设定的工作范围50℃时，复合式散热器中的水冷循环不会启用，只有超过这个温度时候才会运行，并且控制温度在50~70℃℃内。冬季能产生每秒最大散热量43.175710J，夏季能产生每秒最大散热量42.713810J，经过校核满足设计需要，能够到达理想的散热效果。关键字：笔记本散热器，液压轴承风扇，离心泵，复合式，智能控制笔记本电脑智能控制复合式外部散热器1目录第1章前言...............................................................................................................21.1研究背景........................................................................................................21.2研究目的........................................................................................................21.3研究方法........................................................................................................2第2章散热器简介.....................................................................................................32.1典型的散热方式...........................................................................................32.2常见的电脑散热器.......................................................................................3第3章笔记本电脑智能控制复合式外部散热器初步设计.....................................63.1设计目的一：具备水冷和风冷的复合散热功能；....................................63.2设计目的二：完成环境温度自动调节散热程度........................................7第4章笔记本电脑智能控制复合式外部散热器.....................................................74.1散热器风扇的设计.......................................................................................84.1.1散热器风扇基本参数的确定...........................................................84.1.2散热器风扇结构设计.......................................................................94.1.3散热器风扇风量计算.....................................................................104.2离心泵的设计.............................................................................................134.2.1离心泵的基本参数的确定.............................................................134.2.2离心泵流量计算.............................................................................134.3散热效果的评价.........................................................................................144.4温度传感器.................................................................................................174.4.1温度传感器工作原理.....................................................................174.4.2常见的温度传感器.........................................................................174.3.3温度传感器的选择.........................................................................234.5散热器总成设计.........................................................................................244.5.1散热器底层设计.............................................................................244.5.2散热器中间层设计.........................................................................254.5.3散热器顶层设计.............................................................................25参考文献.....................................................................................................................262012届交通建设与装备专业课程设计2第1章前言1.1研究背景散热方式是指该散热器散发热量的主要方式。在热力学中，散热就是热量传递，而热量的传递方式主要有三种：热传导，热对流和热辐射。物质本身或当物质与物质接触时，能量的传递就被称为热传导，这是最普遍的一种热传递方式。热对流指的是流动的流体（气体或液体）将热带走的热传递方式，热辐射指的是依靠射线辐射传递热量，日常最常见的就是太阳辐射。实际上，任何类型的散热器基本上都会同时使用以上三种热传递方式，只是侧重点不同罢了。1.2研究目的笔记本电脑的有效散热是其安全运行的前提，随着笔记本电脑CPU功耗的增大及笔记本电脑小型化的要求日益突出，笔记本电脑对散热提出了更高要求。现在大多数是主动型散热器，也就是说带有主动散热风扇，将冷风吹向温度较高的位置，在散热器和笔记本之间形成一个热循环从而降低笔记本的温度，然而某些时候，笔记本电脑工作温度可能急速上升，仅仅依靠风冷难以到达理想的冷却效果。结合课程所学知识与常规的笔记本电脑散热器，想到了水冷与风冷的复合使用型散热器。实现目的一：选用液压轴承风扇和离心泵，备水冷与风冷复合散热功能。实现目的二：使用三个温度传感器，完成环境温度自动调节散热程度。1.3研究方法采用数值模拟和优化设计的方法，通过温度调节程度大小，选择电机额定功率和额定电压以及电机转速，计算液压轴承风扇的有效排风量及散热量，计算离心泵流量和扬程，以及水循环中平均流速和单位热交换量，最终聚合水冷和风冷的实际散热效果，合成实际散热量。搭配温度传感器，反馈调节电机的运行转速，及时调整风量和流量的大小，改变实际的散热效果，达到理想的工作状态。笔记本电脑智能控制复合式外部散热器3第2章散热器简介2.1典型的散热方式1、风冷散热是最常见的热对流型散热方式，而且非常简单，就是使用风扇带走散热器所吸收的热量。具有价格相对较低，安装简单等优点，但对环境依赖比较高，例如气温升高以及超频时其散热性能就会大受影响。2、热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到类似冰箱压缩机制冷的效果。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点，3、液冷则是使用液体在泵的带动下强制循环带走散热器的热量，与风冷相比具有安静、降温稳定、对环境依赖小等等优点。2.2常见的电脑散热器然而目前市面上常见的电脑散热器只有简易型、普通托盘型、多功能型、散热剂型、平行送风型、悬空支架型。简易型散热器严格意义来讲不能称为散热器，因为它没有主动风冷设备，而是用非常简单的塑料板或金属板使电脑倾斜一定的角度，适合手腕的弧度。图2-1简易型散热器普通托盘型散热器，目前市面上最常见的散热器，它的托盘面积较大，材质主要是铝合金和塑料，反面安装风扇，气流由风扇产生，透过托盘上的蒙网吹在笔记本壳上。2012届交通建设与装备专业课程设计4图2-2普通托盘型型散热器多功能散热器是普通托盘型散热器的豪华版，由于后者体积大，所以有足够的空间增加USB接口，温度感应、风能调节等功能。图2-3多功能型散热器散热剂型散热器利用特殊高分子化学物质的物理性能，长时间吸热而不需要消耗任何电量，质软便于携带。图2-4散热剂型散热器笔记本电脑智能控制复合式外部散热器5平行送风型放弃传统的散热器模式，放弃托盘，采用侧向通风，紧贴笔记本壳体平行吹拂。图2-5平行送风型散热器悬空支架型散热器是托盘型的基础上演变而来，将托盘的实心结构改为中空的框架，用于支撑机身，同时还能让笔记本与空气充分接触，为了使空气流通，这类散热器保留了主动散热风扇的设计。图2-6悬空支架型散热器可见风冷类笔记本散热器是直接对着笔记本电脑底部产生空气流动散热，将笔记本热量强制吹出，并引入冷空气，增加笔记本底部的气体流动，从而使笔记本电脑内部各发热元件均得到散热，保持内部的低温工作环境。但这类笔记本散热器通常只是辅助笔记本散热，而且大部分的散热器主要是通过加强底部塑料外壳的空气流动速度，来达到降低内部温度的，散热效果还不能达到理想的状态，于是我们决定研究一种复合式的外部散热器。2012届交通建设与装备专业课程设计6第3章笔记本电脑智能控制复合式外部散热器初步设计目前市场上笔记本散热器有很多，主要分为被动散热型和被动散热型，被动型的散热器是由一整块导热率较高的金属作为笔记本底座紧贴着