筆記型電腦CPU散熱之設計最佳化分析
應用概述
使用FLUENT能有效且準確地預測筆記型電腦內部的氣流和溫度；搭配OPTIMUS自動化執行CFD分析過程，能更改設計同時在避免機殼內部峰值溫度上升的前提下，有效地提高空氣流量。 本研究說明OPTIMUS如何建構分析流程、執行分析，並探討設計空間，最後求出主動式散熱器之最佳位置和尺寸，及散熱器中最佳散熱鰭片間隔。
使用FLUENT能有效且準確地預測筆記型電腦內部的氣流和溫度；搭配OPTIMUS自動化執行CFD分析過程，能更改設計同時在避免機殼內部峰值溫度上升的前提下，有效地提高空氣流量。 本研究說明OPTIMUS如何建構分析流程、執行分析，並探討設計空間，最後求出主動式散熱器之最佳位置和尺寸，及散熱器中最佳散熱鰭片間隔。
設計問題
隨著中央處理器時脈頻率增加，筆記型電腦的中央處理器散熱已經成為多年來處理器製造商主要關注的問題。在筆記型電腦中，風扇的速度、位置與高度大大的影響在定量的電力消耗下定量的空氣能消除的熱量。此外，通過散熱鰭片氣流均勻度也是一大挑戰，因為必須避免區域性的峰值溫度產生與CPU的當機。
模擬過程和OPTIMUS工作流
OPTIMUS圖形化使用者介面集成模擬程式、和它們的工作流程以及輸入輸出檔。OPTIMUS很方便及快速地參數化模擬之輸入檔，並從輸出檔中解析出需要的輸出參數。
透過OPTIMUS的模擬程序驅動GAMBIT 與FLUENT
模型
在給定主動式散熱器的位置與尺寸後，GAMBIT先建立筆記型電腦之內孔網格，接著使用 FLUENT設定邊界條件、流體特性及風扇速度，並進行求解。最後，於FLUENT後處理中將所需的結果寫入輸出檔。
在給定主動式散熱器的位置與尺寸後，GAMBIT先建立筆記型電腦之內孔網格，接著使用 FLUENT設定邊界條件、流體特性及風扇速度，並進行求解。最後，於FLUENT後處理中將所需的結果寫入輸出檔。
選擇設計參數
上述的模擬流程即是最佳化求解過程的核心。第一個研究的問題是如何透過OPTIMUS調整風扇速度與散熱器的位置及尺寸，以最大化空氣流量，同時讓風扇扭力保持在限制值之內(下圖)。
主動式散熱器的網格化與設計參數
第二個研究問題則是對於最佳的位置及尺寸的散熱器，OPTIMUS接著改變散熱鰭片間隔以避免散熱器鰭片之峰值溫度。
方法應用
第一個研究之實驗設計和反應曲面模型
採用3階層全因子實驗法得到樣本，OPTIMUS利用實驗得到的樣本點建立反應曲面模型，透過此反應曲面能更清楚了解設計參數對於空氣流量及風扇扭力的影響
設計優化
採用基因演算法與梯度法，並利用反應曲面模型同時求得最大之空氣流量與最小峰值溫度，且滿足風扇扭力之限制值。
結果闡述
實驗設計法和反應曲面模型
下圖顯示反應曲面模型中所有輸入參數和輸出參數兩兩關係的二維曲線圖。此反應曲面模型相當接近”真實的”模擬模型，我們可藉由建模過程中的回歸參數來確認反應曲面的品質。
設計參數對應空氣流量與扭力之反應曲面模型上的二維曲線圖
設計最佳化
由第一個研究結果可以看到筆記型電腦中的空氣流動率提升 30%。同時，風扇所需的扭力，換言之也就是電力的消耗，下降了5%。
下圖顯示第二個研究前後散熱鰭片的幾何形狀改變對風速流量的影響。
等距的散熱鰭片(紅色的三角形線及左上角)以及間距最佳化過的散熱鰭片(藍色正方形線)其空氣流量比較圖
結論
OPTIMUS成功的主動式散熱器進行最佳化的設計，使其能降低風扇所需的扭力下，同時有效提升空氣的流量。此外，透過其對散熱鰭片間距最佳化能夠讓散熱鰭片的氣流有效提升，以降低散熱鰭片的熱峰值。
OPTIMUS成功的主動式散熱器進行最佳化的設計，使其能降低風扇所需的扭力下，同時有效提升空氣的流量。此外，透過其對散熱鰭片間距最佳化能夠讓散熱鰭片的氣流有效提升，以降低散熱鰭片的熱峰值。
受益
• 自動化的模擬流程大大的節省工程師的時間。
• 利用反應曲面模型顯著的節省模擬時CPU的運算時間。
• 所有求得設計目標參數值之最佳化過程，完全自動化執行，不需要手動調整。
