第一章 緒論
1-1 前言
隨著科技的進步，各種電子設備或是空調設備的發熱密度越來越 高，高密度之散熱需求也隨之提高，早期的設備，只在設備外部開設 通風口，靠自然對流散熱，現今一般採用散熱搭配散熱風扇來散熱。
熱沉利用散熱鰭片，能廣泛且有效地應用於各項電子器材或是空 壓機的散熱模組中，是一種製程簡單而可靠的散熱器，可利用空氣的 傳導、對流與輻射將發熱體中所產生的熱量有效散熱，進而降低設備 之工作溫度，以延長設備的使用壽命。文獻[1]中談到了許多目前散 熱鰭片的各種製作方式，這些製程在應用上各有其優缺點，目前最普 遍的應用方式是以銅做為散熱鰭片之底板，與扣合型鰭片、折彎形鰭 片或鋁擠型散熱鰭片做焊接接合或機器接合，以減輕散熱鰭片重量以 及提升散熱模組效能。而要提升散熱性能，最簡單的方法就是利用增 加熱傳面積的方法，以達到增加熱傳量的目的，但有一好也有一壞，
其他需要考慮的地方如增加鰭片面積，摩擦面積也增加，導致壓降增 大，因此如何兼顧熱傳量與壓降是值得深入探討的。
1-2 研究背景與動機
如前言所提，隨著科技進步，散熱的需求日益增加，熱沉鰭片的 效率需要進一步提升，才能達到現今散熱的需求。一般來說要能妥善
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解決散熱的問題，最終的目的就是降低溫度，藉由基本熱傳公式牛頓 冷卻定律 Q=hA∆T得知增加熱傳量基本上可透過兩個方式來增加，一 是提高熱傳係數 h，二則是增加散熱面積 A。提高熱傳係數 h 可由增 加工作流體流速或是改變鰭片幾何尺寸來完成，另外便是直接增加鰭 片之散熱面積。然而在增加工作流體流速的同時，壓降會大幅的提高，
流體機械之耗能也大增；同樣地，增加面積的同時，由於接觸面積的 增加，所造成的摩擦壓降也會上升，並且在有限度的空間內，鰭片的 面積無法任意地提升。因此，對於熱沉散熱鰭片來說，如何依不同需 求在壓降與熱傳量間取得平衡點可以說是非常重要的，本研究主要目 的就是針對散熱鰭片，依據不同的流動型態，以及多種形狀的散熱鰭 片，在不同的幾何參數下如風量、鰭片形狀、鰭片間距、鰭片排列等，
並導入旁通效應的概念，利用繪圖軟體 SolidWorks 設計熱沉鰭片，
並利用 Flow Simulation 進行模擬分析其流場、溫度場、壓降以及速 度場等物理性質，並選擇較易於製造之熱沉鰭片模型製造實品，並架 設一風洞系統進行實驗測試，以觀察不同設計下之試驗結果來做探 討。
1-3 文獻回顧
以鰭片作為散熱方式的研究中，平板鰭片的特點就是，在同樣幾 何大小的區域內，所含的散熱面積最大，然而對於平板鰭片的熱傳與
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壓降性能已經有相當廣泛的研究，早期 Sparrow et al.[2]針對平板型陣 列在強制對流下的設計提出相關研究，Copeland[3]研究平板鰭片間距 與熱阻及壓降之間的關係，並提出一個鰭片間距最佳化的分析，之後 有許多文獻[4-6]提出平板散熱鰭片依據不同幾何參數，所找出的最佳 化設計，Narasimhan et al.[7]提出一個使用 CFD 模擬的結果，共模擬 三種平板通道及兩種不同幾何形狀的散熱鰭片；在旁通概念的部分，
R.A. Wirtz et al.[8]研究旁通效應對平板鰭片性能的影響，其中有提到 此效應在鰭片數及雷諾數大小下的關係，而 Kang et al.[9]也研究旁通 效應在散熱中對鰭片的影響，並提出在旁通中風量分布的模型。
Jonsson et al.[10-11]測試平板鰭片、帶狀鰭片(strip fin)以及針狀鰭片 (pin fin)等不同種類鰭片在旁通效應下的性能表現，並歸納出不同種 類鰭片在旁通效應下 NuL、∆P*的關係式，在文中也有提到 Kang 的 理論模型；文獻[12-13]對平板鰭片在旁通效應下的影響也都有探討，
其中 C. B. Coetzer et al.[13]對平板鰭片上方旁通效應做過數值模擬研 究，然而由相關文獻如 Jonsson and Palm[14]提到，平板鰭片常因隨著 流動方向熱邊界層的形成，導致散熱性能的降低，所以除了平板鰭片 外，同時也有許多針對針狀鰭片被廣泛地來做研究，Khan et al.[15]
將不同排列方式及不同密度的圓柱形針狀鰭片做比較，結果與定性上 的結論無異，Sara[16]則對交錯式方柱針狀鰭片的熱傳性能做研究，
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探討不同旁通比率，以及不同鰭片間距在相同 pumping power 下性能 的比較，同時也將結果與先前 Sara et al.所做的同軸式的方形針狀鰭 片來做比對，提出熱傳增強因子 Nu*，說明在相對較低雷諾數的時候，
針狀鰭片的整體表現較為優異，Qingling Li et al.[17]研究橢圓針狀鰭 片的熱傳與流阻性能分析，研究指出橢圓針狀鰭片在熱傳方面的表現 和圓形針狀鰭片差不多，但其流阻也就是壓降降低許多，而 Cristopher and Seri[18]也希望藉由橢圓的形狀來降低壓降，以達到最佳的熱傳性 能表現，實驗將橢圓針狀鰭片、平板針狀鰭片以及平板鰭片做比較，
顯示熱阻是平板鰭片最低，量外兩者則是不相上下，但壓降則由橢圓 明顯低許多；Boesmans et al.[20]提出實驗比較交錯排列的針狀鰭片與 平板鰭片的性能。本研究將在平板鰭片的幾何形狀上導入旁通效應的 概念，利用 CFD 軟體在不同條件下進行模擬分析與比較，並進行實 驗來驗證所設計模擬之平板鰭片的鰭片性能。
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