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系統識別號 U0002-2806202113515900
DOI 10.6846/TKU.2021.00775
論文名稱(中文) 流道設計在5G天線陣列中無/有相變化冷卻之研究
論文名稱(英文) Research on flow channel design without/with phase change cooling in 5G antenna array
第三語言論文名稱
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中文) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英文) Department of Aerospace Engineering
外國學位學校名稱
外國學位學院名稱
外國學位研究所名稱
學年度 109
學期 2
出版年 110
研究生(中文) 王耀駿
研究生(英文) Yao-Chun Wang
學號 609430052
學位類別 碩士
語言別 繁體中文
第二語言別
口試日期 2021-06-21
論文頁數 100頁
口試委員 指導教授 - 李世鳴(061503@mail.tku.edu.tw)
委員 - 湯敬民(095980@mail.tku.edu.tw)
委員 - 李哲尹(etonlee@ncut.edu.tw)
關鍵字(中) 5G
CFD
共軛熱傳
二相流
紊流
關鍵字(英) 5G
CFD
conjugate heat transfer
two phases flow
第三語言關鍵字
學科別分類
中文摘要
本研究係利用CFD模擬5G天線陣列之液體冷卻散熱器的內部流道設計與流道內流體有無相變化之比較。首先,利用驗證原型進行3種流道設計比較,再來利用前者得出之結果進行全尺寸模擬,最後再以驗證原型進行二相流模擬。在所有模擬中,選用水作為工作流體,紊流模型採用k-ε標準型或k-ω標準型,並且有考慮共軛熱傳。在驗證原型模擬中,以雙進出水口之流道設計溫度表現最佳,再將此設計放入全尺寸模擬,比較不同之進水溫度與流量。最終研究結果發現,彎曲次數愈少之流道構型,能有效減少流體滯留現象,進而增強散熱效果,且進水口溫度與散熱效能成反比、流量與壓差成正比。而若在相同流道設計下以兩相流來進行散熱,因其相變化所需之潛熱,讓流體所能吸收之熱量增加,使散熱器可以獲得更佳的散熱效果。
英文摘要
This research uses CFD to simulate the comparison of the internal flow channel design of the liquid cooling radiator of the 5G antenna array and the phase change of the fluid in the flow channel. First, use the verification prototype to compare the three pipeline designs, then use the results of the former to perform full-scale simulation, and finally use the verification prototype to perform two-phase flow simulation. In all simulations, water is selected as the working fluid, and the turbulence model adopts standard k-ε or standard k-ω, and considers conjugate heat transfer. In the prototype simulation, the double inlet and outlet pipe design temperature performed the best, and then put this design into a full-scale simulation to compare different inlet water temperatures and flow rates. The final research results found that the flow channel configuration with fewer turns can effectively reduce fluid retention, thereby enhancing the heat dissipation effect, and the inlet temperature is inversely proportional to the heat dissipation efficiency, and the flow rate is proportional to the pressure difference. However, if two flows are used for heat dissipation under the same flow channel design, a better heat dissipation effect can be obtained.
第三語言摘要
論文目次
目錄
第一章 緒論	1
1.1 前言	1
1.1.1 5G	1
1.1.2 散熱	4
1.2 關鍵字分析	6
1.3 文獻回顧	8
1.4 研究動機	16
第二章 數學與理論模式	17
2.1 概論	17
2.2 FLUENT	18
2.3 基本假設	20
2.3.1 無相變化模擬	20
2.3.2 有相變化模擬	20
2.4 統御方程式	20
2.5 k-ɛ紊流模型方程式	22
2.6 k-ω紊流模型方程式	24
2.7 熱傳簡介	25
2.8 多相流模型概論	28
2.9 有限體積法	37
第三章 數值計算方法	38
3.1 模型建立	38
3.1.1 驗證原型模擬	38
3.1.2 全尺寸模擬	41
3.1.3	相變化模擬	43
3.2 網格建立	44
3.3 邊界條件給定	45
3.4求解器設定	46
3.5 求解步驟	47
第四章 結果與討論	49
4.1 數值驗證	49
4.1.1 無相變化模擬之數值驗證	49
4.1.2 相變化模擬之數值驗證	53
4.3 網格獨立性分析	54
4.3 結果	56
4.3.1 驗證原型模擬	56
4.3.2 全尺寸模擬	67
4.3.3 相變化模擬	73
第五章 總結與未來展望	79
5.1 總結	79
驗證原型模擬	79
全尺寸模擬	81
相變化模擬	83
5.2 建議與未來展望	86
參考文獻	87
附錄A	92

 
圖目錄
圖 1多層式網路	2
圖 2 Massive MIMO示意圖	3
圖 3 Laitinen研究之散熱器模型	9
圖 4 Laitinen等人研究之數值模型圖	10
圖 5 Yasser與Ahmed研究之數值模擬結果圖	12
圖 6 Bandar、Luiz與Hussam研究之數值模擬圖(R134a)	15
圖 7 FLUENT結構圖	19
圖 8驗證原型物理模型	38
圖 9 type1構型	40
圖 10 type2構型	40
圖 11 type3構型	40
圖 12全尺寸物理模型	41
圖 13全尺寸流道設計圖	42
圖 14全尺寸對稱模型	42
圖 15相變化模擬之延伸計算域	43
圖 16全尺寸模擬之進口區域網格	44
圖 17流程圖	48
圖 18數值驗證物理模型	50
圖 19 Laitinen, Alpo.模型之速度場(單位:m/s)	51
圖 20數值模擬之速度場(單位:m/s)	51
圖 21 Laitinen, Alpo.模型之流體區溫度場(單位:K)	52
圖 22數值模擬之流體區溫度場(單位:K)	52
圖 23相變化模擬之數值驗證模型	53
圖 24壓力梯度與乾度之折線圖(模擬與實驗)	54
圖 25網格獨立性分析圖	55
圖 26 case1之速度場(單位:m/s)	58
圖 27 case2之速度場(單位:m/s)	58
圖 28 case5之速度場(單位:m/s)	59
圖 29 case6之速度場(單位:m/s)	59
圖 30 case9之速度場(單位:m/s)	60
圖 31 case10之速度場(單位:m/s)	60
圖 32 case1之晶片溫度圖(單位:K)	61
圖 33 case2之晶片溫度圖(單位:K)	61
圖 34 case3之晶片溫度圖(單位:K)	62
圖 35 case4之晶片溫度圖(單位:K)	62
圖 36 case5之晶片溫度圖(單位:K)	63
圖 37 case6之晶片溫度圖(單位:K)	63
圖 38 case7之晶片溫度圖(單位:K)	64
圖 39 case8之晶片溫度圖(單位:K)	64
圖 40 case9之晶片溫度圖(單位:K)	65
圖 41 case10之晶片溫度圖(單位:K)	65
圖 42 case11之晶片溫度圖(單位:K)	66
圖 43 case12之晶片溫度圖(單位:K)	66
圖 44 case1之速度場(單位:m/s)	69
圖 45 case3之速度場(單位:m/s)	69
圖 46 case5之速度場(單位:m/s)	70
圖 47 case1之晶片溫度圖(單位:K)	70
圖 48 case2之晶片溫度圖(單位:K)	71
圖 49 case3之晶片溫度圖(單位:K)	71
圖 50 case4之晶片溫度圖(單位:K)	72
圖 51 case5之晶片溫度圖(單位:K)	72
圖 52 case6之晶片溫度圖(單位:K)	73
圖 53 case1之流道內部截面乾度圖	75
圖 54 case2之流道內部截面乾度圖	76
圖 55 case1之晶片溫度圖	76
圖 56 case2之晶片溫度圖	77
圖 57 case3之晶片溫度圖	77
圖 58 case4之晶片溫度圖	78
圖 59 驗證原型各case之晶片最高溫(單位:K)	80
圖 60 驗證原型各case之晶片溫差(單位:K)	80
圖 61全尺寸模擬兩種進口溫度下晶片最高溫與不同流量之折線圖	81
圖 62全尺寸模擬兩種進口溫度下晶片溫差與不同流量之折線圖	82
圖 63全尺寸模擬兩種進口溫度下壓差與不同流量之折線圖	82
圖 64有/無相變化模擬之晶片最高溫與流量比較圖	84
圖 65有/無相變化模擬之晶片溫差與流量比較圖	84
 
 
表目錄
表 1 fifth generation technology mobile communication歷年相關文獻篇數	7
表 2 5G heat transfer CFD歷年相關文獻篇數	7
表 3數據常規化比較表	8
表 4驗證原型各case之參數表	57
表 5全尺寸模擬各case之參數表	67
表 6相變化模擬各case之參數表	75
參考文獻
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