双塔风冷散热器中风扇的装配优化

伍昕宇1
1深圳清华大学研究院
Publié en 2025

本文旨在通过计算流体动力学(CFD)仿真,探究双塔风冷散热器风扇不同装配方式下的散热性能差异。研究以一款典型的双塔散热器为对象,利用 COMSOL Multiphysics 软件建立详细的仿真模型,对比两种主流风扇布局策略:即制造商推荐的“同侧同向吹风”配置,与创新提出的“两侧对向吹风”配置。

在仿真建模中,首先精确复刻了双塔散热器的几何结构,包括散热鳍片阵列、热管和底座,并对风扇的流体特性进行了简化处理,将其作为具有特定压-流曲线的边界条件,而非完整的几何模型,这极大地简化了计算量。模型中,空气被视为可压缩流体,遵循 Navier-Stokes 方程和能量守恒方程,用于描述流场和温度场的耦合行为。

通过 COMSOL Multiphysics 的 CFD 模块,分别对两种风扇装配方案进行了稳态热流体仿真。在“同侧同向吹风”配置中,两个风扇均安装在散热塔的同一侧,将冷空气同时推向鳍片,模拟了传统串联风扇的模式。而在“两侧对向吹风”配置中,两个风扇则分别安装在两个散热塔的外侧,并向中间对向吹风,创造了一个在双塔之间形成高压区域的独特流场。仿真结果清晰地揭示了两种风扇布局的显著差异。

同侧同向吹风配置:在这种传统模式下,风扇产生的气流虽然能有效穿过鳍片,但在气流离开第二个散热塔时,其动能和冷却能力已有所衰减。由于两个风扇都从同一侧送风,气流主要集中在散热塔的一侧,导致散热器内部的温度分布并不均匀。

两侧对向吹风配置:该配置产生了截然不同的流场。两个风扇对吹,在双塔之间形成了高压驻留区,这股高压气流在进入鳍片通道后,迫使流体以更高的速度和更均匀的方式通过鳍片。更为重要的是,这种对吹模式产生了更强的湍流混合效应,有效破坏了鳍片表面的流体边界层,极大地增强了对流传热效率。

最终的仿真数据显示,“两侧对向吹风”配置下的散热器平均温度比“同侧同向吹风”配置显著降低,这直接反映了其更优越的散热性能。

尽管主流安装说明推荐同侧同向吹风,但本文的 CFD 仿真结果有力证明,在双塔风冷散热器中,将两个风扇安装在两侧并对向吹风的配置,能通过优化内部流场和增强湍流混合,从而实现更高效的散热效果。这一发现为高性能散热器设计和风扇安装提供了新的思路和优化方向。