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System No. U0002-2807202116421800
Title (in Chinese) 薄型筆記型電腦之散熱系統效能分析
Title (in English) Thermal Performance Analysis of Slim Laptop Computer
Other Title
Institution 淡江大學
Department (in Chinese) 機械與機電工程學系碩士班
Department (in English) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
Other Division
Other Division Name
Other Department/Institution
Academic Year 109
Semester 2
PublicationYear 110
Author's name (in Chinese) 林政輝
Author's name(in English) Cheng-Hui Lin
Student ID 608370135
Degree 碩士
Language Traditional Chinese
Other Language
Date of Oral Defense 2021-07-01
Pagination 47page
Committee Member advisor - Chao-Hwa Liu
co-chair - 杜青亞
co-chair - 康尚文
Keyword (inChinese) 數值模擬
筆記型電腦散熱
散熱模組
效能評測
Keyword (in English) Numerical simulation
Cooling of Laptops
Cooling Module
Performance evaluation
Other Keywords
Subject
Abstract (in Chinese)
本技術報告是比較兩種形式筆記型電腦的散熱功能,其中一般型是使用單一直徑8mm的熱管,而進階型則採用兩支直徑5mm的熱管,除了散熱系統之外,這兩種電腦其他所有硬體設備的規格及排列都相同。
為了比較兩者功能,首先使用數值模擬軟體FLOTHERM針對筆記型電腦的中央處理器進行散熱模擬,求得中央處理器的溫度以及散熱模組的熱管溫度,以此計算最大解熱能力,接著對兩種形式電腦做中央處理器高負載的實驗測試,同樣求得最大解熱能力,並與模擬結果比較,再使用效能評測軟體比較分數的差異。
兩種形式筆記型電腦散熱功能的模擬結果相差約為9.95%,而兩者實驗測試結果約相差11.52%,效能評測軟體測得分數結果相差約9%,亦即在中央處理器高負載下,進階型比起一般型在散熱模組的成本提升5%,但是效能卻能明顯提升9%以上。
Abstract (in English)
In this study cooling effects of two laptops are compared. These two laptops have the same hardware devices with the same layout but one uses an 8mm diameter heat pipe, and the other uses two 5mm diameter heat pipes. 
The comparison procedure begins by using commercial software FLOTHERM to simulate heat dissipation of CPU, and to obtain temperatures of CPU and heat pipes. From this data, cooling capability of two laptops may be calculated. The cooling capability is also obtained by experiments performed in CPU full loading conditions. The performance of two cooling systems is evaluated by a software.
Simulation results show a 9.95% difference in cooling capability, and experimental results gives a 11.52% difference. The evaluation software predicts a 9% difference. These values suggest that the cooling system with two 5mm diameter heat pipes may improve the cooling performance by 9% from the system with one 8mm heat pipe, although the cost of the former is 5% more than the latter.
Other Abstract
Table of Content (with Page Number)
實習機構簡介	1
實習內容概述	1
實習心得與自我期許	2
技術報告內容	3
第一章 序論	3
第二章 研究理論基礎	4
2.1熱設計功率	4
2.1.1晶片熱阻	4
2.1.2系統內晶片總熱阻	4
2.1.3最大解熱能力	5
2.2散熱模組	5
2.2.1熱管	7
2.2.2風扇	8
2.2.3散熱鰭片	11
2.2.4彈力鎖固機構	12
2.2.5熱介面材料	15
2.3測試與模擬軟體簡介	16
2.3.1數值模擬軟體 FLOTHERM	16
2.3.2效能測試與效能評測軟體3DMark	17
2.3.3效能評測軟體 Cinebench R20	17
第三章數值模擬與熱管測試	19
3.1數值模擬	19
3.1.1數值模擬環境條件設定	19
3.1.2數值模擬模型參數設定	20
3.1.3數值模擬模型建構	26
3.1.4網格劃分與求解計算	29
3.1.5模擬結果	31
3.2測試環境參數與條件	32
3.2.1封閉恆溫箱	32
3.2.2熱電偶溫度計	33
3.2.3資料收集系統	33
3.3	熱管測試	35
第四章 效能評測分析與比較	40
第五章 結論	45
參考文獻	47

圖目錄
圖2-1散熱模組上視圖	6
圖2-2散熱模組下視圖	6
圖2-3熱管示意圖	7
圖2-4風扇與散熱模組連接圖	8
圖2-5風扇與散熱模組連接分離圖	9
圖2-6風扇與熱交換器連接圖	9
圖2-7風扇與熱交換器連接分離圖	10
圖2-8風扇沒有與模組連接圖	10
圖2-9風扇沒有與模組連接分離圖	11
圖2-10散熱鰭片	11
圖2-11彈片	13
圖2-12彈簧螺絲	13
圖2-13本研究用之彈片上視圖	14
圖2-14本研究用之彈片側視圖	14
圖2-15 Flotherm介面	16
圖2-16 3DMark介面	17
圖2-17 Cinebench R20介面	18
圖2-18 Cinebench R20圖形渲染	18
圖3-1塑膠材質參數設定     22
圖3-2銅材質參數設定	23
圖3-3鋁材質參數設定	23
圖3-4 印刷電路板材質參數設定	24
圖3-5晶片材質參數設定	24
圖3-6熱管材質參數設定	25
圖3-7熱介面材料材質參數設定	25
圖3-8機殼上視圖	26
圖3-9機殼下視圖	27
圖3-10中央處理器與平台路徑控制器晶片模型	27
圖3-11系統內兩支直徑5mm的熱管	28
圖3-12系統內一支直徑8mm的熱管	28
圖3-13網格劃分示意圖	30
圖3-14求解計算收斂示意圖	30
圖3-15封閉恆溫箱	32
圖3-16熱電偶溫度計	33
圖3-17資料收集系統	34
圖3-18 傳輸接孔	34
圖3-19 3DMark Fire Strike的介面	36
圖3-20兩支直徑5mm的熱管	37
圖3-21一支直徑8mm的熱管	37
圖3-22兩支直徑5mm的熱管黏貼監測點位置	38
圖3-23一支直徑8mm的熱管黏貼監測點位置	38
圖4-1 3DMark TimeSpy介面     42
圖4-2 3DMark TimeSpy效能評測結果	42
圖4-3 3DMark TimeSpy效能評測結果	43
圖4-4 兩種熱管在TimeSpy的功率時間圖	43
圖4-5兩種熱管在Cinebench R20的溫度時間圖	44
圖4-6 兩種熱管在Cinebench R20的功率時間圖	44

表目錄
表2-1彈片與彈簧螺絲比較表	12
表2-2彈片壓力規格表	14
表3-1模擬模型參數資料     21
表3-2模擬模型材料參數	22
表3-3熱管實驗測試結果表	31
表3-4熱管溫度實驗測試結果表	35
表3-5熱管實驗測試結果比較表	36
表4-1效能評測測試結果表	41
表4-2執行Cinebench R20第100秒至第120秒系統內晶片總熱阻表	41
表4-3進階型與一般型比較表	46
References
〔1〕吳培立,筆記型電腦散熱系統之研究,國立成功大學工程科學系碩士論文,2004
〔2〕吳象天,筆記型電腦散熱系統之數值模擬與實測驗證,國立臺灣大學工學院機械工程學系碩士論文,2009。
〔3〕楊舜為,小筆電散熱性能研究及改善,國立海洋大學機械與機電工程學系碩士學位論文,2011。
〔4〕李波,FloTHERM軟件基礎與應用實例(第二版),中國水利水電出版社,2016。
〔5〕林昇照,筆記型電腦散熱設計中散熱鰭片與風扇擺置之間距對散熱效能影響之探討研究,中原大學機械工程學系碩士學位論文,2006
〔6〕Yunus A.Cengel , Michael A. Boles,Thermodynamics An Engineering Approach English Edition in Sl Units,McGraw Hill Education,2014。
〔7〕仁寶電腦官方網站,公司基本資料,檢自https://www.compal.com (Mar.21,2021)
〔8〕Underwriters Laboratories Inc官方網站,檢自https://benchmarks.ul.com (Mar.27,2021)
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