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| 研究生： |
黨一為 I WEI TANG |
|---|---|
| 論文名稱： |
熱管結合散熱鰭片之效能模擬與分析 The Performance Simulation and Analysis for Heat Pipe With Its Heat Sink |
| 指導教授： |
林唯耕
W.K. LIN |
| 口試委員: | |
| 學位類別： |
碩士 Master |
| 系所名稱： |
原子科學院 - 工程與系統科學系 Department of Engineering and System Science |
| 論文出版年： | 2004 |
| 畢業學年度： | 92 |
| 語文別： | 中文 |
| 論文頁數： | 114 |
| 中文關鍵詞： | 散熱 |
| 外文關鍵詞： | thermal |
| 相關次數： | 點閱：3 下載：0 |
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本篇論文將對於一般應用最普遍的熱管結合散熱鰭片的方式，以理論模式推算其散熱效率，將之與實際的實驗結果做比對，並修正理論模式中之參考因子，使理論與實驗結果相配合。然後以Visual Basic程式語言撰寫模擬軟體，設定熱管熱傳導率，熱管相關尺寸，風扇性能曲線，鰭片相關尺寸，如長度，寬度，厚度，間距，片數，材質等輸入參數。建立一有效而快速之模擬系統，可為設計者在產品設計初期提供正確的參考與思維方向，並節省樣品製作成本及縮短產品開發流程，相對的提高個人與企業的競爭力。
□□在實驗的設備上，本篇論文將分為硬體實測以及軟體測試兩方面進行。硬體實測使用由本實驗室設計之風洞與Dummy Heater。以風洞實際測試風扇與鰭片搭配之操作點，得到壓差與風量；以Dummy Heater提供模擬之熱源，在穩定的環境溫度下實際測試樣品之熱阻值。而軟體測掑霅惆洏弮鰬y模擬軟體，對不同之尺寸參數作模擬測試，建立模擬樣品資料庫，提供軟體撰寫時之資料參考與比對。
目 錄
摘要-------------------------------------- Ⅰ
誌謝-------------------------------------- Ⅱ
目錄-------------------------------------- Ⅲ
表目錄------------------------------------ Ⅴ
圖目錄------------------------------------ ⅩⅠ
符號表------------------------------------ ⅩⅩⅠ
第一章 緒論----------------------------------------------- 1
1-1 前言------------------------------------- 1
1-2 文獻回顧--------------------------------- 3
第二章 理論基礎----------------------------------------- 5
2-1 熱阻之定義-------------------------------- 5
2-2 鷅瑑畢X散熱鰭片在強制對流下之理論分析----- 6
2-3 鰭片與風扇之操作點理論分析---------------- 19
第三章 實驗設備與實驗方式-------------------------- 22
3-1 硬體之實驗設備與實驗方式----------------------------------- 22
3-2 軟體之實驗設備與實驗方式----------------------------------- 31
第四章 軟體設計使用與說明-------------------------- 36
第五章 結果與討論-------------------------------------- 42
5-1 硬體之實驗結果與討論--------------------------------------- 42
5-2 軟體之實驗結果與討論------------------------------------ 46
5-3 「PipeFin_Simulation」模擬結果與實驗數據之比較--------------------------------------------------------- 66
第六章 結論 111
參考文獻----------------------------------------------------- 113
表目錄
（表3-1）鋁底銅鰭片之實測值與Icepak模擬測試之比較------------ 31
（表5-1-1）樣品之相關尺寸------------------------------------------------ 42
（表5-1-2）樣品實測之結果------------------------------------------------ 43
（表5-1-3）樣品實測之風扇結果數據------------------------------------ 44
（表5-2-1）H＝70，t=0.4，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 47
（表5-2-2）H＝67，t=0.4，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 47
（表5-2-3）H＝64，t=0.4，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 47
（表5-2-4）H＝61，t=0.4，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 47
（表5-2-5）H＝58，t=0.4，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 48
（表5-2-6）H＝55，t=0.4，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 48
（表5-2-7）H＝70，t=0.35，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 48
（表5-2-8）H＝67，t=0.35，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 48
（表5-2-9）H＝64，t=0.35，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 49
（表5-2-10）H＝61，t=0.35，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 49
（表5-2-11）H＝58，t=0.35，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 49
（表5-2-12）H＝55，t=0.35，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 49
（表5-2-13）H＝70，t=0.3，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 50
（表5-2-14）H＝67，t=0.3，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 50
（表5-2-15）H＝64，t=0.3，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 50
（表5-2-16）H＝61，t=0.3，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 50
（表5-2-17）H＝58，t=0.3，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 51
（表5-2-18）H＝55，t=0.3，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 51
（表5-2-19）L＝20，t=0.3，S＝2，N＝30，改變H之結果------------ 51
（表5-2-20）H＝70，t=0.25，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 51
（表5-2-21）H＝67，t=0.25，S＝2，N＝30，改變L之結果------ 52
（表5-2-22）H＝64，t=0.25，S＝2，N＝30，改變L之結果------ 52
（表5-2-23）H＝61，t=0.25，S＝2，N＝30，改變L之結果------ 52
（表5-2-24）H＝58，t=0.25，S＝2，N＝30，改變L之結果------ 52
（表5-2-25）H＝55，t=0.25，S＝2，N＝30，改變L之結果------ 53
（表5-2-26）H＝70，t=0.2，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 53
（表5-2-27）H＝67，t=0.2，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 53
（表5-2-28）H＝64，t=0.2，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 53
（表5-2-29）H＝61，t=0.2，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 54
（表5-2-30）H＝58，t=0.2，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 54
（表5-2-31）H＝55，t=0.2，S＝2，N＝30，改變L之結果------------ 54
（表5-2-32）H＝70，l=20，t=0.3，N＝30，改變S之結果------------ 54
（表5-2-33）H＝70，L=20，N＝30，改變t與S之結果------------ 55
（表5-2-34）H＝70，L=20，t＝0.3，S=2，改變N之結果------------ 55
（表5-3-1）H＝70，t=0.4，改變L，與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較---------------------------------------------------------------- 67
（表5-3-2）H＝67，t=0.4，改變L，與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------------------------- 67
（表5-3-3）H＝64，t=0.4，改變L，與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------------------------- 67
（表5-3-4）H＝61，t=0.4，改變L，與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------------------------- 68
（表5-3-5）H＝58，t=0.4，改變L，與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------------------------- 68
（表5-3-6）H＝55，t=0.4，改變L，與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較---------------------------------------------------------------- 68
（表5-3-7）H＝70，t=0.35，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較---------------------------------------------------------------- 69
（表5-3-8）H＝67，t=0.35，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較---------------------------------------------------------------- 69
（表5-3-9）H＝64，t=0.35，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較---------------------------------------------------------------- 69
（表5-3-10）H＝61，t=0.35，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------------------------------------- 70
（表5-3-11）H＝58，t=0.35，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------------------------------------- 70
（表5-3-12）H＝55，t=0.35，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 70
（表5-3-13）H＝70，t=0.3，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 71
（表5-3-14）H＝67，t=0.3，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 71
（表5-3-15）H＝64，t=0.3，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 71
（表5-3-16）H＝61，t=0.3，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 72
（表5-3-17）H＝58，t=0.3，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 72
（表5-3-18）H＝55，t=0.3，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 72
（表5-3-19）L＝20，t=0.3，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 73
（表5-3-20）H＝70，t=0.25，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 73
（表5-3-21）H＝67，t=0.25，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 73
（表5-3-22）H＝64，t=0.25，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 74
（表5-3-23）H＝61，t=0.25，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 74
（表5-3-24）H＝58，t=0.25，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 74
（表5-3-25）H＝55，t=0.25，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 75
（表5-3-26）H＝70，t=0.2，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 75
（表5-3-27）H＝67，t=0.2，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 75
（表5-3-28）H＝64，t=0.2，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 76
（表5-3-29）H＝61，t=0.2，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 76
（表5-3-30）H＝58，t=0.2，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 76
（表5-3-31）H＝55，t=0.2，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------------------------------------------------------- 77
（表5-3-32）H＝70，L=20，t=0.3，N=30，改變S
與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------- 77
（表5-3-33）H＝70，L=20，t=0.35，N=30，改變S與
「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------- 77
（表5-3-34）H＝70，L=20，t=0.3，S=2，改變N與
「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------- 78
圖目錄
（圖2-1）鰭片與風扇之裝置圖及其流場------------------------------- 7
（圖2-2）鰭片之幾何形狀及其參數------------------------------------- 8
（圖2-3）單一鰭片示意圖----------------------------------------------------- 10
（圖2-4）空氣流經鰭片間通道之溫度變化示意圖-------------------- 13
（圖2-5）計算 之示意圖------------------------------------------------
15
（圖2-6）空氣流經鰭片間通道之流場示意圖--------------------------- 16
（圖2-7）鰭片、風扇性能曲線與操作點-------------------------------- 19
（圖3-1）Dummy Heater儀器整體構造圖------------------------------------ 23
（圖3-2）Dummy Heater儀器細部構造圖------------------------------------ 23
（圖3-3）環境溫度控制器與訊號表頭------------------------------------ 24
（圖3-4 多功能風洞測試系統---------------------------------------------- 27
（圖3-5）操作方式示意圖-------------------------------------------------- 28
（圖3-6）風扇性能曲線測試示意圖-------------------------------------- 29
（圖3-7）風扇性能曲線示意圖-------------------------------------------- 29
（圖3-8）鰭片系統阻抗曲線示意圖-------------------------------------- 30
（圖3-9）操作點靜壓與風量示意圖-------------------------------------- 30
（圖3-10）鋁底銅鰭片之樣品示意圖及CPU之溫度分佈---------------------- 32
（圖3-11）鋁底銅鰭片之流場流速示意圖------------------------------------ 32
（圖3-12）模擬測試樣品之外觀示意圖------------------------------------ 33
（圖3-13）模擬測試之風扇性能曲線及數據------------------------------------ 35
（圖4-1）「PipeFin＿Simulation」風扇性能曲線輸入區示意圖----- 36
（圖4-2）「PipeFin＿Simulation」風扇性能曲線輸入區之輸入方式
示意圖--------------------------------------------------------------- 37
（圖4-3）「PipeFin＿Simulation」風扇性能曲線輸入區操作方式示
意圖------------------------------------------------------------------ 38
（圖4-4）「PipeFin＿Simulation」鰭片參數輸入區示意圖-------------- 39
（圖4-5）「PipeFin＿Simulation」鰭片參數輸入區操作示意圖-------- 40
（圖4-6）「PipeFin＿Simulation」模擬結果區示意圖------------------ 40
（圖5-1-1）硬體實測之樣品圖------------------------------------------------ 42
（圖5-1-2）樣品實測結果熱阻值之比較------------------------------------- 43
（圖5-1-3）樣品實測之風扇性能曲線------------------------------------- 44
（圖5-1-4）樣品實測不同N值操作點之比較----------------------------- 45
（圖5-2-1）t＝0.4，S=2，N=30，不同L與H之比較--------------- 56
（圖5-2-2）t＝0.35，S=2，N=30，不同L與H之比較--------------- 56
（圖5-2-3）t＝0.3，S=2，N=30，不同L與H之比較--------------- 57
（圖5-2-4）t＝0.25，S=2，N=30，不同L與H之比較--------------- 57
（圖5-2-5）t＝0.2，S=2，N=30，不同L與H之比較--------------- 58
（圖5-2-6）H＝70，S=2，N=30，不同t與L之比較--------------- 58
（圖5-2-7）H＝67，S=2，N=30，不同t與L之比較--------------- 59
（圖5-2-8）H＝64，S=2，N=30，不同t與L之比較--------------- 59
（圖5-2-9）H＝61，S=2，N=30，不同t與L之比較--------------- 60
（圖5-2-10）H＝58，S=2，N=30，不同t與L之比較--------------- 60
（圖5-2-11）H＝55，S=2，N=30，不同t與L之比較--------------- 61
（圖5-2-12）t＝0.4，S=2，N=30，不同L與H之比較--------------- 61
（圖5-2-13）t＝0.35，S=2，N=30，不同L與H之比較--------------- 62
（圖5-2-14）t＝0.3，S=2，N=30，不同L與H之比較--------------- 62
（圖5-2-15）t＝0.25，S=2，N=30，不同L與H之比較--------------- 63
（圖5-2-16）t＝0.2，S=2，N=30，不同L與H之比較--------------- 63
（圖5-2-17）H＝10，L=20，N=30，不同t與S之比較--------------- 64
（圖5-3-1）「PipeFin_Simulation」之風扇性能曲線資料 66
（圖5-3-2）H＝70，t=0.4，改變L，與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 79
（圖5-3-3）H＝67，t=0.4，改變L，與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 79
（圖5-3-4）H＝64，t=0.4，改變L，與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 80
（圖5-3-5）H＝61，t=0.4，改變L，與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 80
（圖5-3-6）H＝58，t=0.4，改變L，與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 81
（圖5-3-7）H＝55，t=0.4，改變L，與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 81
（圖5-3-8）H＝70，t=0.35，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 82
（圖5-3-9）H＝67，t=0.35，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 82
（圖5-3-10）H＝64，t=0.35，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 83
（圖5-3-11）H＝61，t=0.35，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 83
（圖5-3-12）H＝58，t=0.35，改變L與「PipeFin_Simulation」 模擬結果之比較------------------------------------------- 84
（圖5-3-13）H＝55，t=0.35，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 84
（圖5-3-14）H＝70，t=0.3，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 85
（圖5-3-15）H＝67，t=0.3，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 85
（圖5-3-16）H＝64，t=0.3，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 86
（圖5-3-17）H＝61，t=0.3，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 86
（圖5-3-18）H＝58，t=0.3，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 87
（圖5-3-19）H＝55，t=0.3，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 87
（圖5-3-20）H＝70，t=0.25，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 88
（圖5-3-21）H＝67，t=0.25，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 88
（圖5-3-22）H＝64，t=0.25，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 89
（圖5-3-23）H＝61，t=0.25，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 89
（圖5-3-24）H＝58，t=0.25，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 90
（圖5-3-25）H＝55，t=0.25，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 90
（圖5-3-26）H＝70，t=0.2，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 91
（圖5-3-27）H＝67，t=0.2，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 91
（圖5-3-28）H＝64，t=0.2，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 92
（圖5-3-29）H＝61，t=0.2，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 92
（圖5-3-30）H＝58，t=0.2，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 93
（圖5-3-31）H＝55，t=0.2，改變L與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 93
（圖5-3-32）L＝20，t=0.4，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 94
（圖5-3-33）L＝18，t=0.4，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 94
（圖5-3-34）L＝16，t=0.4，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 95
（圖5-3-35）L＝14，t=0.4，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 95
（圖5-3-36）L＝12，t=0.4，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 96
（圖5-3-37）L＝10，t=0.4，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 96
（圖5-3-38）L＝20，t=0.35，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 97
（圖5-3-39）L＝18，t=0.35，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 97
（圖5-3-40）L＝16，t=0.35，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 98
（圖5-3-41）L＝14，t=0.35，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 98
（圖5-3-42）L＝12，t=0.35，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 99
（圖5-3-43）L＝10，t=0.35，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 99
（圖5-3-44）L＝20，t=0.3，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 100
（圖5-3-45）L＝18，t=0.3，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 100
（圖5-3-46）L＝16，t=0.3，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 101
（圖5-3-47）L＝14，t=0.3，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 101
（圖5-3-48）L＝12，t=0.3，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 102
（圖5-3-49）L＝10，t=0.3，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 102
（圖5-3-50）L＝20，t=0.25，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------------------- 103
（圖5-3-51）L＝18，t=0.25，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較------------------------------------------- 103
（圖5-3-52）L＝16，t=0.25，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------------------- 104
（圖5-3-53）L＝14，t=0.25，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------------------- 104
（圖5-3-54）L＝12，t=0.25，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------------------- 105
（圖5-3-55）L＝10，t=0.25，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較-------------------------------------------- 105
（圖5-3-56）L＝20，t=0.2，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 106
（圖5-3-57）L＝18，t=0.2，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 106
（圖5-3-58）L＝16，t=0.2，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 107
（圖5-3-59）L＝14，t=0.2，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 107
（圖5-3-60）L＝12，t=0.2，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 108
（圖5-3-61）L＝10，t=0.2，改變H與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較----------------------------------------------- 108
（圖5-3-62）H=70，L＝20，t=0.3，S＝2，改變N與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較--------------- 109
（圖5-3-63）H=70，L＝20，t=0.3，N＝30，改變S與「PipeFin_Simulation」模擬結果之比較---------------- 109
參考文獻
[1] Ronald Pound, ”Thermal Management Balance Cooling and size Demand “ , Electronic Packaging &Production, Vol. 25(9). pp.112-116, September, 1985.
[2] Charles E. Johnson, “Evaluation of Correlations for Natural Convection Cooling of Electronic Equipment”, Heat Transfer Engineering, Vol. 7(1-2),pp.36-45, 1986.
[3] Carill Sharpe, “Cooling Systems for Electronic Equipment” , Design Engineering, pp. 99-100, January , 1986.
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