Tiểu luận phân tích dòng chảy chảy tản nhiệt

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
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

Nguyễn Minh Chiến

18143069


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

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 Study 1..................................................................................................................................................24

2


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN
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

3


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

Chương 1:

Giới thiệu
Hiện nay, các nghiên cứu khoa học được thực hiện dựa trên các phương pháp khác
nhau, trong đó phương pháp mô phỏng số và phương pháp thực nghiệm thường được sử
dụng 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, công
nghệ mô phỏng số ngày càng được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật
cũng như hoạt động của con ngườiMô phỏng số đem đến những lợi ích to lớn như là: tiết
kiệm thời gian, kinh phí, nguyên vật liệu, tránh được những rủi ro, nguy hiểm trong điều
kiện 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 mô
phỏng 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 lý
thông thường và các hệ liên thông của phương trình vi phân từng phần (PDE)COMSOL
cung cấp một IDE (phần mềm cung cấp cho các lập trình viên một môi trường tích hợp
bao gồm nhiều công cụ khác nhau) và quy trình làm việc thống nhất cho các ứng dụng cơ
điện, cơ khí, chất lỏng và hóa học Một AIP (API là cách để các phần mềm (hệ điều hành,
ứng dụng, các module trong hệ thống doanh nghiệp v…v…) giao tiếp với nhau và tận
4


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

dụng năng lực của nhau) cho Java và LiveLink cho MATLAP có thể sử dụng để kiểm
soát phần mềm bên ngoài, và cùng một API cùng được sử dụng thông qua Trình chỉnh
sửa phương pháp (Method Editor).
2.2 Các vấn đề cần giải quyết trong tiểu luận này
Vấn đề nguyên cứu về tản nhiệt khí (Stock) của bộ xử lý trung tâm - Central
Processing Unit (CPU).

Khi hoạt động, CPU máy tính sẽ sản sinh ra một lượng nhiệt rất lớnVà thông thường,
CPU càng mạnh đồng nghĩa với nhiệt lượng nó sẽ toả ra càng cao (cùng kiến trúc, khác
xung nhịp)Nếu lượng nhiệt này tăng quá cao, nhẹ thì CPU sẽ tự động giảm hiệu năng còn
nặng thì có thể gây hư hỏngTản nhiệt CPU là linh kiện giúp chúng ta có thể kiểm soát
được nhiệt độ của CPU, giúp nó có thể hoạt động ổn định mà không gặp tình trạng quá
nóng.
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 và
các lá tản nhiệt bằng nhômPhần đế tiếp xúc với CPU được làm bằng đồng sẽ dẫn
nhiệt ra các lá nhôm, tăng tối đa diện tích bề mặt tản nhiệtDiện tích bề mặt càng
nhiều thì nhiệt lượng sẽ dễ phân tán ra ngoài không khí hơn, giúp CPU mát hơn.

5


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

-

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

Chương 2:

Điều kiện biên
2.1 Definitions
2.1.1 Coordinate Systems
Boundary System 1
Coordinate
system Boundary
type
system
Identifier

sys1

Settings
Name

Value

Coordinate names

{t1, t2, n}
6


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

Name

Value

Create first tangent direction Global
from
Cartesian
2.2 Geometry 1

Geometry 1
Units
Length unit

m

Angular
unit

de
g

Geometry statistics
Property

Value

Space dimension

3

Number of domains

10

Number
boundaries

of 296

Number of edges

700

Number of vertices

448
7

BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

2.3 Materials
2.3.1 Air

Air
Selection
Geometric
level

entity Domain

Selection

Domains 1, 3–7,
9

Material parameters
Name

Value

Unit

Dynamic viscosity

eta(T[1/K])[Pa*s]

Pa*s

Ratio of specific heats

1.4

1

Heat capacity
pressure

at

constant Cp(T[1/K])[J/(kg*K)]

J/(kg*K)

Density

rho(pA[1/Pa],T[1/K])
[kg/m^3]

kg/m^3

Thermal conductivity

k(T[1/K])[W/(m*K)]

W/
(m*K)

8


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

2.3.2 Iron

Iron

Selection
Geometric
level

entity Domain

Selection

Domains 2, 8,
10

`
Material parameters
Name
Heat capacity
pressure

at

Value Unit

constant 440

[J/
(kg*K)]

Density

7870

[kg/m^3]

Poisson's ratio

0.29

Young's modulus

200e9 [Pa]

9


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

2.4 Laminar Flow (spf)

Laminar Flow

Selection
Geometric

level
Selection

entity Domain
Domains 1, 3–7,
9

Equations

Settings
Description
Show
assuming

Value
equation std1/sta
t

10


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

2.4.1 Fluid Properties 1

Fluid Properties 1

Selection
Geometric
level

entity Domain

Selection

Domains 1, 3–7,
9

Equations

Properties from material
Property
Materia
l

Property group

Density

Air

Basic

Dynamic
viscosity

Air

Basic

11


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

2.4.2 Wall 1

Wall 1

Selection
Geometric entity level

Boundary

Selection

Boundaries 6–50, 71–113, 118–184, 188, 190–205, 210–295

Equations

12


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

2.4.3 Initial Values 1

Initial Values 1

Selection

Geometric
level
Selection

entity Domain
Domains 1, 3–7,
9

13


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

2.4.4 Inlet 1

Inlet 1

Selection
Geometric
level
Selection

entity Boundary
Boundaries 117, 209

Equations

Settings
Description

Value

Velocity field componentwise Velocity field
Velocity field

{0, 0, -10}

14


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

Variables
Name Expression Uni
t
spf.u0
z

-10

m/s

Description

Selection

Velocity field, z component Boundaries 117, 209

2.4.5 Outlet 1

Outlet 1

Selection
Geometric
level
Selection

entity Boundary
Boundaries 53, 58, 63,
68

Equations

15


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

2.4.6 Symmetry 1

Symmetry 1

Selection
Geometric
level
Selection

entity Boundary
Boundaries
296

1–5,

Equations

16


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

2.5 Heat Transfer in Fluids (ht)

Heat Transfer in Fluids

Selection
Geometric
level
Selection

entity Domain
Domains 1, 3–7,
9

Equations

Settings
Description
Show
assuming

Value
equation std1/sta
t

17


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

2.5.1 Heat Transfer in Fluids 1

Heat Transfer in Fluids 1
Selection
Geometric
level

entity Domain

Selection

Domains 1, 3–7,
9

Equations

Properties from material
Property

Materia
l

Property group

Thermal conductivity

Air

Basic

Density

Air

Basic

at

constant Air

Basic

Ratio of specific heats

Air

Basic

Heat capacity
pressure

18


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

2.5.2 Thermal Insulation 1

Thermal Insulation 1

Selection
Geometric entity level
Selection

Boundary
Boundaries 1–50, 53, 58, 63, 68, 71–113, 118–184, 188,
190–205, 210–296

Equations

19


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

2.5.3 Initial Values 1

Initial Values 1

Selection
Geometric

level
Selection

entity Domain
Domains 1, 3–7,
9

20


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

2.5.4 Temperature 1

Temperature 1
Selection
Geometric
level

entity Boundary

Selection

Boundaries 117, 209

Equations

Settings
Description

Value

Temperature 298
Variables
Nam Expression Uni
e
t

Description

ht.T0

Temperature Boundaries 117, 209

298

K

Selection

21


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

2.5.5 Boundary Heat Source 1

Boundary Heat Source 1

Selection

Geometric entity level

Boundary

Selection

Boundaries 190–195, 203–205, 210, 224–227, 279–280,
284–285, 287–292, 294

Equations

Settings
Description
Boundary
source

Value
heat 2.5

Variables
Name

Expression Unit

Description

ht.Qbtot

ht.bhs1.Qb

Total boundary
source

W/m^2

22

Selection
heat Boundaries 190–195,
203–205, 210, 224–


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

Name

Expression Unit

Description

Selection
227, 279–280, 284–
285, 287–292, 294

ht.bhs1.Qb

2.5

W/m^2

Boundary heat source

2.6 Mesh 1

Mesh 1

Settings

23

Boundaries 190–195,
203–205, 210, 224–
227, 279–280, 284–
285, 287–292, 294


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

Name

Value

Name

Value

Maximum element size

0.0675

Maximum element size

0.0158

Minimum element size

0.0126

Minimum element size

6.75E-4

Resolution of curvature

0.7

Resolution of curvature

1.35

Resolution of narrow regions

0.4

Resolution of narrow regions

0.3

Maximum
rate

element

Maximum element growth rate 0.85

growth 1.6

Predefined size

Coarse

Domain

1

Mesh

Geometry
(geom1)

1 mesh
1

Physics selection
Physics

Discretization

Laminar Flow (spf)

physics

Heat Transfer in Fluids (ht) physics
2.7.2 Solver Configurations
Compile Equations: Stationary (st1)
Study and step
Name
Value
Use study
Use
step

Extra fine

Domain

2-10

2.7 Study 1

2.7.1 Stationary
Mesh selection
Geometry

Predefined size

Study 1

study Stationar
y

24


BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN

Dependent Variables 1 (v1)
General
Name
Defined
step

Value
by

study Stationar
y

Initial values of variables solved for
Name
Value
Solutio
n

Zero

Values of variables not solved for
Name
Value
Solutio

n

Zero

25