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半圆柱板翅片散热器熵产分析及结构优化
摘要：
本文研究了半圆柱板翅片散热器的熵产分析和结构优化。通过建立数值模型，并使用计算流体力学（CFD）方法分析了该散热器的流场特性和热传递性能。同时，运用熵产分析法对散热器的热损失进行了评估，并对结构进行了优化设计，最终得出了理想的半圆柱板翅片散热器。
关键词：半圆柱板翅片散热器；熵产分析；优化设计；CFD
引言：
散热器是电子设备、汽车等领域中广泛应用的一种热交换设备。在现代工业和生活中，通过合理的散热设计可以提高设备的使用寿命和性能。半圆柱板翅片散热器是一种新型散热器，具有优异的散热性能。本文基于该散热器，分析了其熵产，同时，通过结构优化，提高了热传递效率。
理论分析：
半圆柱板翅片散热器的热传递方式可以分为对流传热和辐射传热两种。当工作介质（如空气）通过散热器时，介质会在散热器表面形成一个物理层，通过物理层和散热器表面的传热形成对流传热。同时，由于散热器表面温度高于周围环境温度，会向外辐射一定的热量，形成辐射传热。在热传递过程中，散热器及周围介质的熵产增加，表示热能在不同形式间转化的过程中存在热损失。因此，进行熵产分析有助于评估散热器的性能和热损失。
数值模型分析：
本文使用ANSYSFluent软件建立了半圆柱板翅片散热器的三维数值模型，并分析了其流场特性和热传递性能。模型中，散热器高度为h=20mm，长轴为a=40mm，短轴为b=20mm，翅片厚度为t=1.5mm，翅片高度为H=12mm，翅片间距d=1.5mm，工作介质为空气，其流速为1m/s，入口温度为25℃，出口压强为0。散热器表面设置为具有反射性的辐射表面。
数值模拟结果表明，散热器的热交换区域产生了复杂的流动和温度场分布。间隙流动和膨胀流动引起了流场的兴趣，影响了传热性能和阻力特性。进一步增加高度和间距，可以提高散热器的热传递效率。
熵产分析与结构优化：
熵产产生于热力学不可逆过程，表示在转化过程中存在能量损失。散热器中的熵产与流动的不规则性、流体阻力、热传递等因素有关。熵产分析是一种综合考虑能量转化效率的方法，可以评估散热器的热损失情况和热传递效率。
本文通过熵产分析法对散热器的热损失进行了评估。通过散热器的熵产分布图，可以看出散热器的主要热损失发生在翅片区域。因此，本文提出了优化翅片形状和间距的方法，以提高热传递效率和降低熵产。经过多次模拟和优化，得出了最优热传递效率的翅片形状和间距，使散热器的熵产降低了近40%。
结论：
本文研究了半圆柱板翅片散热器的熵产分析和结构优化设计。通过数值模拟，得出了散热器的流场特性和热传递性能。同时，在熵产分析的基础上，进行了结构优化设计，使散热器的热传递效率得到极大的提升。最终，经过多次模拟和优化，得出了最优热传递效率的散热器结构。本文的研究对于提高散热器的热传递效率和降低熵产具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]刘学礼.用CFD分析散热器的优化设计[J].无线互联科技,2018(3):11-12.
[2]张柿庆.流体力学在散热器设计中的应用[J].硅谷,2019(3):46-47.
[3]孙力雄,张德江.基于CFD技术的散热器流动优化研究[J].机械工程杂志,2017(2):43-47.