用于电子器件冷却的热管散热器实验研究与优化数值模拟

高热流密度器件的热控制在CPU结构体系由单一芯片向多核芯片发展中占有重要地位.对平板型热管散热器与普通散热器的传热性能进行了比较研究与计算分析.研究结果表明,热管散热器有效提高CPU芯片散热性能,其关键是强化了散热器底板的传热性能.科学提出用当量导热系数的概念来评价换热器强化传热效果的方法,根据CPU芯片的发热特点提高散热器的当量导热系数可明显提高散热器的均温性,以此提高其换热效率.     

新型热管电子器件散热器的实验研究和数值模拟

随着电力电子技术的不断发展,高热流密度器件热控制问题以及出现的热流分布不均匀的现象,是电子电器设备亟待解决的关键技术。热管作为高效传热元件,已经广泛应用于电子器件的散热技术研究中。本文对新型平板式热管散热器进行了数值模拟和实验研究。根据电子器件的运行工况,建立了散热器性能测试系统,并对平板热管型电子器件散热器进行了在不同工况下的性能实验。结果表明采用平板热管散热器可以有效提高CPU芯片的散热性能,芯片发热量在160W后为其最佳工作状态。同时用数值模拟方法对平板热管散热器底面的导热效果进行了优化设计,通过改变导热系数以及扩大模拟芯片尺寸来达到改善CPU冷却散热器的散热效果的目的,并得到了一些有价值的结论,这对改进管散热器的散热效果有一定的指导意义。     

计算机CPU热管散热器换热性能研究

电子计算机的集成化发展对CPU散热器传热性能提出了新的要求,散热器表面最高温度和表面均温性是保证CPU正常运行的重要参数。本文运用ANSYS软件对CPU热管式散热器和普通翅片散热器进行计算,对二者稳态温度场分布和不同功率下散热器中心点温度变化进行了分析比较,计算结果表明,在稳定状态时,热管式散热器比普通翅片散热器具有更好的热传导性能和表面均温性;在CPU高功率工作（50W）时,普通翅片散热器无法满足换热要求,而热管式散热器仍可达到良好换热效果。搭建实验台对热管式散热器表面温度进行了测定,实验测试数据与模拟计算数据基本吻合,证明了数值模型的正确性和可行性。本研究对于计算机CPU散热器传热性能分析及其优化设计具有一定指导意义。     

冷却照明用大功率LED的回路热管的测试

LED(Light Emitting Diode,发光二极管)具有节能、寿命长等优点,将成为一种新型固体照明器件,但由于功率大,导致LED芯片结点温度升高,而直接影响着LED的出光效率、峰值波长、器件寿命等,因此解决LED的散热成了近年来大功率LED发展照明用的首要问题.探讨了一种用于冷却照明用大功率LED的平板式回路热管散热器.研究表明,在输入功率从5W增加到20W时,热管启动时间从30分钟降低到10分钟左右;在输入功率20W时,模拟LED芯片结点温度稳定地控制在60℃左右,在输入功率30W时,热管热阻0.48K/W,相对于以往LED金属散热体,热阻下降.     

多芯片平板热管散热器性能的实验研究

设计了一种新型多芯片平板热管散热器,通过测试模拟芯片的表面温度,对散热器在不同空气流速、芯片数目及位置和加热功率下的散热性能进行了实验研究。测试结果表明:在环境温度为20℃、芯片表面温度控制在80℃的条件下,散热器水平使用时,单芯片、双芯片和三芯片的最大散热能力分别为310W,390W和500W;散热器竖直使用时,其最大散热能力分别为275W,408W,500W。由此得出,多芯片平板热管散热器的散热性能较单芯片散热器具有更大优势。实验结论与平板热管的热扩散效果吻合良好,而且符合现代电子器件散热的要求。     

热流密度对槽道热管传热性能影响的试验研究

对外径为15mm,长为150mm梯形轴向槽道热管的轴向温度分布、蒸发/凝结传热系数以及当量导热系数等传热特性进行了试验研究。试验所用热管的型材为铝合金,工质为氨。试验的结果表明,在冷源温度为40℃时,热管当量导热系数大概为3500～7500W/m.℃,蒸发传热系数大概为3700～5300W/m2.℃,凝结传热系数大概为2000～5000W/m2.℃,热流密度在1.2W/cm2以下时热管的工作性能良好,而在高热流密度下热管的传热性能恶化。     

大功率LED灯热管散热器性能研究

设计了一种新型重力热管并对其散热性能进行了理论计算与实验验证。研究表明:新型重力热管散热器总热阻比普通重力热管降低32%;在环境温度为21℃,LED灯发热功率为14W时,热管能启动时间约为30min;在极限热流密度以下,新型热管散热器具有良好的散热性能且能在较宽的环境温度下运行。     

CO2分离式热管在数据中心的应用

本文通过实验研究了应用于数据中心的CO2分离式热管系统,对比分析了CO2热管与R22热管的最大传热能力、总传热热阻和驱动温差,结果表明:在相同充液率下,CO2热管的最大传热能力明显大于R22热管,当上升管和下降管管径为9 mm时,CO2热管和R22热管的最大传热能力分别为3300 W和1500 W,当管径为12 mm时,CO2热管和R22热管的最大传热能力分别为5400 W和2200 W;CO2热管的正常负荷范围大于R22热管,但总传热热阻小于R22热管;不同传热量下,与R22热管相比,CO2热管所需的驱动温差平均低4℃,即相同条件下CO2热管系统所需的冷源温度可以提高4℃。以小型数据机房为例,结合上海气候条件计算得出,采用CO2热管系统的年耗电量比R22热管系统减少7.425×105 kW·h,比集中送风空调系统减少3.182×106 kW·h。     

小型平板式环路热管的反重力运行特性

为满足电子设备高效冷却的需要,本文从提高毛细压力、降低流动阻力、强化蒸发器壁面传热能力以及降低热泄漏方面入手,设计了一种具有新型蒸发器结构的平板环路热管。利用集成蒸气通道的一体式双孔毛细芯替代传统的机械加工微槽道,并在反重力条件下对其传热性能进行实验研究。结果表明:该环路热管具有良好的反重力运行性能,能够在20 W热负荷下实现快速、低温启动,且无温度波动现象;在200 W热负荷下,能够维持蒸发器最高温度在80℃以下,环路热管的热阻仅为0.15 K/W。由于新型蒸发器结构缩短了热传递路径,降低了蒸发/沸腾的强化以及热泄漏,与传统结构的环路热管对比,能够有效提升环路热管的反重力运行能力。     

CPU热管散热器对半导体制冷片制冷效果的影响

采用CPU热管散热器作为半导体制冷片热端的散热元件,研究了该热管散热器在不同倾斜角度时半导体制冷片的制冷效果。实验结果表明：热管散热器在不同倾斜角度时,半导体制冷片均可正常工作。此外,当强化热管散热器与环境的热交换时,半导体制冷片的制冷效果更佳。     

热管换热器在列车空调热回收中的应用

空调列车的室内空气品质和空调节能是目前列车空调中存在的两大矛盾因素,如果在列车空调系统内采用热管换热器应用于排风能量回收,可以有效的平衡两者之间的矛盾,在满足空气品质的同时,达到节能的目的。对其可行性等进行了分析,认为其节能效果明显。     

铝-氨热管换热器用于空调排风余热回收的研究

分析空调系统能量回收的特殊要求,试验研究冬季工况铝-氨热管换热器的性能及影响因素。结果表明,余热回收效率随新排风温差增大而升高,随风速的增大而降低。该换热器具有换热效果好、阻力小的特点,说明其在冬季空调余热回收是可行的,也是有效的。     

机柜服务器热管背板换热性能的试验研究

通过测试热管背板系统在不同进风温度、制冷剂冷凝单元（RCU）冷冻水进水温度及水流量工况下的换热能力,分析环境温度升高、系统供水不足等对高密度机柜服务器安全运行的影响,采用模拟负载机柜测试机房机柜安装热管背板后不同位置的换热能力。结果表明,热管背板系统对进风温度、冷冻水温度及流量具备良好的换热适应性,发热量大的服务器优先安装在机柜中下部,发热量小的服务器安装在机柜上部,可以最大限度发挥热管背板的换热能力。     

热管在多联机卡式天花室内机中的应用

以某品牌多联机3个型号卡式天花室内机为例,将热管技术应用于多联机卡式天花室内机,计算不同室内设计温度条件下的换热量。研究结果表明,与传统多联机室内机相比,其节能率可达28.46%~68.53%,同时在无需电加热或蒸汽动力设备的条件下提高室内送风温度,在节约能源消耗的同时满足室内人体热舒适的要求。     

空调排风能量回收用热管换热器的优化设计

对用于回收空调排风热（冷）量的热管换热器的整体优化设计进行研究,提出对其整体优化的设计方法,建立寿命期总经济效益最大为目标的目标函数,并利用标准气象年数据,研究不同温度下的热管换热器的最优结构,通过经济性分析,得出整个供暖（冷）季的最优结构和最佳经济性能的热管换热器.     

液氢温区脉动热管试验台设计

总结了前人对低温脉动热管的研究成果,同时提出了液氢温区低温脉动热管试验台的设计方法,主要包括热负荷计算和力学校核.该试验台可以研究多种参数(如弯折数、充液率、绝热段长度、加热量等)对传热性能的影响.     

绿色阻垢剂在开放式换热器中的抗垢强化传热性能研究

针对一种蒸发式冷凝器系统换热器盘管表面的易结垢现象，采用高精度摄像仪观察法、红外温度摄像仪及热电偶温度测量手段，对绿色阻垢剂（聚天东冬氨酸PASP）抗垢强化传热性能进行了实验研究。结果表明，在管内放热实验中，采用绿色阻垢剂后的管表面温度平均比污垢管表面温度高4～8℃，前者喷淋循环冷却水温度升高基本维持在0．5～0．6℃／min的水平，而污垢管实验中喷淋循环水温升维持在0．3～0．4℃／min的水平。说明在循环水中加入绿色阻垢剂后，污垢热阻大大减少。     

热管技术在风洞工程中的应用初探

从风洞换热器的技术要求出发,简单介绍热管技术的优缺点。结合某型风洞换热器的设计（换热器结构参数）,对热管换热器与其他换热器进行比较,分析在风洞换热器中采用热管换热器的优势。     

Enhancement of thermal performance in a sintered miniature heat pipe

Abstract

The performance of a sintered miniature heat pipe is enhanced. With the capillary limitation, porosity takes priority over the wick structure parameters that would affect the heat transfer capacity. Since sintered dendritic copper powder has higher porosity, it is used to mix with pore former (Na₂CO₃) in experiments for increasing porosity, and hence enhancing the thermal performance. The results show that, for a heat pipe with a 3mm outer diameter and 200 mm effective length, the heat transfer rate is up to 16.5W and the thermal resistance is 0.9°C/W. In comparison with the unmixed case, the performance increases about 40%.     

A cryogenic heat pipe coupled between infrared detector and cooler

This paper describes a dummy test of a cryogenic heat pipe coupled between the infrared detector and cooler. The cryogenic heat pipe provides efficient thermal conduction for 2 W power over a 87.5 cm length with a maximum temperature difference of 0.91 K at 82 K operating temperature. The test results have useful applications.