基于ANSYS Icepak的热管模块设计与仿真分析

NVIDIA JETSON TX2高功率系统芯片的散热功率一般在25 W左右,一般的风扇与肋片式散热器组合的散热方式存在体积大、高度高、不方便整合在小型系统中等问题,而热管、风扇、铜鳍片散热器组合的散热方式具有高度低、体积小、传热效率高等优点。文中首先对热管模块进行结构设计;然后对热管模块设计的合理性进行计算验证,并利用ANSYS Icepak对热管模块进行热稳态仿真,发现主要芯片的温度都在要求范围内,表明设计合理;最后将热管模块装入系统进行温度测试。结果表明,主要芯片的计算、仿真与实验的温度基本一致。     

扁管空冷器翅片结构优化研究

基于带翅片的扁管空冷器的传热过程,对带翅片的扁管建立模型,并利用该模型在不同的翅片长度及不同风速下进行数值模拟,分析了翅片长度的选择与迎面风速的关系。分析结果表明,当翅片长度增加到一定值后,通过增加翅片长度的手段来强化换热性能收效很小;在低迎面风速下,翅片长度不要过长;在高迎面风速下,仍存在较大的传热温差,空气出口温度的增加只能通过增加翅片长度来完成。     

翅片热板散热器的设计

针对功率电子元器件散热的需要,设计一种新型功率电子元器件新型散热器一翅片式平板热管散热器,并通过强度较核了设计的合理性,通过实验检验了设计的可靠性.     

大功率密闭机柜热管散热器的试验研究

针对大功率密闭机柜散热困难,研制了R22为传热介质的微通道铝扁管型分离式热管散热器,并搭建试验装置对其散热性能进行试验研究。试验结果表明:加热功率为2k W、环境温度为50℃时,密闭机柜内部温度≤70℃,满足机柜散热要求;工作温度范围内,散热器散热功率与内、外循环进风温差有关;外循环进风风速提高,散热器换热系数非线性增加;内循环进风风速提高,散热器换热系数线性增加。研究结果为热管技术在机柜散热方面的设计提供依据。     

水冷式热管散热器在服务器中的应用研究

为了满足数据中心服务器的散热需求,设计了一种水冷式热管散热器对服务器的CPU进行散热,并搭建服务器测试平台对此散热器的性能进行测试。在不同的CPU负载率η、环境温度Ta、进水温度Tw情况下,对安装了水冷式热管散热器的服务器进行实验研究,得出服务器CPU的温度变化规律。实验结果表明:水冷式热管散热器相对于传统的风冷散热器具有更高的散热效率,散热器的热阻仅为0.0704℃/W。影响水冷式热管散热器散热效果的最主要参数为进水温度,而环境温度对CPU的温度影响相对较小。因此,通过提高环境温度的方法,可以减少数据中心空调设备的热负荷,以达到节能的目的。     

某车载毫米波雷达组件热设计与参数优化

为实现毫米波雷达组件高效可靠的散热,根据前端电讯热控需求,文中提出均温板–翅片一体化风冷热控结构设计方案,并采用仿真设计软件对热设计方案进行了分析和仿真优化。研究结果显示：组件各芯片温度均在安全温度以下,发射芯片的最高结温（最高温度）为141.1?C,与传统风冷散热器相比,采用新型风冷散热器可使芯片最高温度降低9.8?C,强化散热效果明显。此外,也对风冷散热器结构参数和界面接触热阻进行了分析,确定均温板翅片高度30 mm、翅片间距3 mm为该热设计的优选方案。该研究结果可供高效风冷散热和毫米波组件热设计工程应用参考。     

核素恒温器散热结构设计与分析

为解决放射性合成自动化模块散热问题,文中设计了一款新型多尺寸翅片结构的铝合金核素恒温器,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对核素恒温器进行了热力学分析。采用控制变量法进行翅片参数设计,采用翅片的非等高设计进行散热性能优化,在保证恒温时温差小于5 ℃的前提下得到散热性能最佳时的结构参数。结果表明：当核素恒温器的翅片高度为11.5 mm、翅片间距为2 mm、翅片的厚度为1 mm、翅片长度为42 mm时,恒温器表面的最高温度为78.745 ℃,比无翅片时低了25.205 ℃;经过翅片非等高设计,圆筒内壁与翅片距离为3.5 mm,其他参数不变,恒温器表面的最高温度比优化前低了0.294 ℃,在此结构参数下恒温器的散热性能最佳。     

电子器件用复合热管散热器的试验研究

结合间接热虹吸管和扁平热管的特点,研制出一种新型电子器件用复合热管散热器,并试验分析了该散热器分别使用甲醇、乙醇、丙酮、水和R123等工质的散热性能以及充灌率和风速等设计因素对其散热性能的影响.试验结果表明:该复合型散热器在较宽广的热流量范围内和较大热流量的情况下均具有良好的性能,不管热流量突变还是稳定,该复合型热管散热器都可以使电子器件表面温度保持平稳,不出现大幅度波动;工质为R123时的散热效果最好,当热流量为200W时,可以保证电子元件表面温度低于70℃.电子器件常用的热流量范围即在100～140W内,散热器适宜的充灌率约为80%.     

热管模组在机载ATR密闭机箱中的应用研究

某机载电子设备（ATR）密闭机箱内集成了多个中央处理器（Central Processing Unit, CPU）热源,单个CPU热源的热功耗达到了80 W。为了解決整机在高温环境下的散热问题,文中给出了一种基于热管模组的机箱散热结构。通过对热管模组的结构设计,在实现机箱密闭结构的基础上,将每个热源的热量快速传导至机箱两侧的风道内,提高了热源与外界热沉之间的导热效率。对热管模组中的热传导结构、肋片散热器的参数设置以及风机选型进行了理论分析计算,得出了热管模组具有导热效率高、热阻低的性能特点。借助ANSYS Icepak热仿真软件,对热管模组的散热性能进行了模拟仿真,并对仿真结果与设备在高温试验环境下CPU的温度测试结果进行了对比。对比结果表明,热仿真在设计阶段能够比较真实地反映热设计效果,热管模组的散热性能满足机箱的散热需求,解决了机箱内部多热源的散热问题。文中解决ATR密闭机箱多热源散热设计的有效方法对类似机箱的热设计具有参考价值。     

应用CFD汽车发动机散热器冷却性能影响分析

散热器是汽车发动机冷却系统重要的组成部分,直接影响到发动机的正常工作。采用流体动力学理论计算方法和CFD软件对散热器的传热特性进行计算分析与数值模拟。基于CFD建立散热器单元的分析模型,对其传热特点及传热系数进行分析;对散热器整体进行建模分析,得到散热器内部速度场、温度场和压力场的仿真分析,得到的仿真结果与冷却系统试验台数据进行对比分析;在此基础上,利用模型分析翅片尺寸,主要包括翅片厚度δ、翅片间距L_p、翅片间隙L_a、翅片宽度L_h、翅片长度L_d等参数对散热性能的影响规律。结果可知:散热器单元随着外部冷却空气流速的增加,换热系数升高;试验与仿真结果的分析误差控制在3%以内,说明模型分析的准确性;随着翅片宽度增加,翅片表面传热系数会有一定程度的提高;翅片长度及翅片间隙过大或过小都会使翅片表面传热系数有所下降;而随着翅片间距和翅片厚度的增加,相关参数则减小;分析内容和结果为此类设计提供参考。     

夏热冬冷地区回路热管应用于农村通信基站散热的特性研究

农村通信基站的能耗已逐年上升,夏热冬冷地区如何利用自然冷源来代替基站空调成为当前农村通信基站节能减排的核心问题之一。针对这一情况提出了一种应用于农村通信基站散热的铜/甲醇回路热管(LHP)装置,试验研究了不同布置方式、不同充液率以及不同空气流速下LHP的换热特性。研究结果表明:当LHP蒸发端布置在机柜3/4处,能有效降低机柜整体散热量,满足基站运行温度30℃界限,同时能优化LHP启动特性和基站换热特性;保证热管运行在最优工况下,热管充液率应为50%;为了提高LHP换热效率,机械送风风速维持在3~5 m/s,能满足LHP换热要求,并且降低了风机能耗;当机柜的设备散热功率为1 k W的时候,热阻达到了0.008 K/W左右,表明回路热管系统运用在基站散热具有良好的传热特性。     

基于Fluent的压裂车液压油散的翅片散热优化

随着压裂技术水平的提高和油气井的大规模开发，低功率压裂泵已逐步淘汰。大功率、超高压、大排量和智能化已成为国内外压裂车的主要特点。当满足这些条件时，压裂车散热器便不可避免地需要具有高散热效率。基于工程传热学，对液压油散进行几何模型和数学模型的构建，分析了压裂车液压油散的内部结构。利用 Fluent对不同的隔板间距和不同翅片厚度和节距的液压油散模型进行了仿真分析，并运用MATLAB对数据进行插值拟合处理，最终提出了一种提高压裂车油散的散热效率结构。     

某风冷机箱的优化设计与分析

文中设计了一种用于电子器件散热的风冷机箱,通过在机箱内部设置翅片、热扩展板等方式强化散热效果,建立了机箱内部流动与传热的三维理论模型,计算分析了引流板角度、引流板长度、翅片结构、风速等因素对电子器件散热的影响.结果显示,风速由1 m/s提升到3 m/s后,机箱内最高节点温度降低了约30 ℃;而引流板长度在150 mm,偏转角度120°时,机箱节点温度最低,为61.6 ℃.因此,引流板长度、角度的增大及风速的提高有助于机箱散热,翅片和热扩展板的设置也可使得散热效果得到增强.     

新型同轴套管式换热器强化传热研究

同轴套管式地热能开采技术是用于中深层地热能开采的有效方式。为了增强同轴套管式换热器的换热效率,提出了一种带螺旋翅片的新型同轴套管式换热器。基于有限体积法,对比分析新型与普通型同轴套管式换热器的换热性能,得到螺旋翅片结构对换热性能的影响,揭示其强化传热机理。结果表明：通过增加螺旋翅片的翅高或减小螺旋翅片的螺距,可有效增强同轴套管式换热器内流体流动的湍流动能,达到提高换热性能的目的;与普通光滑管换热器相比,翅高为19 mm,螺距为300 mm的新型换热器在雷诺数为27000时,努赛尔数提高了35.5%,摩擦系数提高了91%,热性能系数达到最高1.093;增加翅片和减小螺距都可以增加采出温度和采热功率,翅高为19 mm,螺距为300 mm换热器较光滑管换热器采热温度提高了5.4 K,采热功率提高了32.4%。为高效同轴套管式换热器设计提供了理论依据。     

用于电子冷却的热管性能分析

进行了充水热管、铜棒及空热管的热性能对比实验,结果表明热管利用水的两相沸腾换热来对功率模块内的集中热源进行扩散,其热扩散能力大大高于以导热热扩散的金属基板,利于消除芯片中出现的热点,用于电子冷却比金属导热块有更大的优势,并且热源方向和重力对金属烧结粉末热管几乎没有影响.当蒸发端在冷凝端顶部时,槽道和丝网芯热管不理想,均温效果差.提出采用一种简化热管数学模型进行有限元模拟,大大缩短了计算时间和工作量.     

钢制及铝制采暖散热器内防腐涂料及涂装技术的研究

钢制及铝制散热器属节材、节能、环保型产品 ,是国家大力推广的产品 ,但由于散热器长期在高温、高湿状态下工作 ,尤其是在停止供热时便排空 ,加速了散热器的腐蚀 ,特别是铝制散热器的耐碱性差 ,在供暖水的 p H值大于 8.5时 ,其腐蚀速度随 p H值增加而加速 ,当 p H值在 12左右时 ,1.5mm厚的铝板不到一个月便腐蚀穿孔。因此 ,钢制及铝制散热器在国内的供暖条件下 ,若不采取内防腐措施往往很快便腐蚀而出现穿孔、渗水。该成果研制的 TY- 3318涂料具有耐酸、耐碱、耐温、附着力强 ,解决了采暖散热器工况条件下的内防腐难题 ,是国内目前成功地…     

集成T 形分液器的微通道散热器设计与实验

微通道散热器具有热阻低、效率高、可与芯片集成加工等诸多优良特性,在电子设备散热领域具有非常广阔的应用前景,但传统微通道散热器存在通道内部流量不均匀、温度均匀性差的缺点。针对这些问题,文中设计了一种具有倒T 形冷却液分配器的新型结构微通道散热器,以解决传统微通道散热器温度均匀性问题。仿真结果表明,在相同条件下,新型微通道散热器的最高温度比传统微通道散热器的最高温度降低了7.422 3 ℃,温度均匀性提高了6.351 57 ℃,进出口压降小了33 kPa。文中根据仿真结果研制了实验样件和实验系统。实验结果表明,该新型微通道具有好的温度一致性,在总发热功率为1 440 W 时,温度均方差小于2 ℃,并且仿真结果和实验测量结果的最大误差和平均误差分别为6.8% 和1.37%。     

液态金属热虹吸散热系统管道尺寸效应研究

热虹吸驱动室温液态金属散热是新近出现的一类芯片自驱动冷却方法,它引申出的诸多理论与技术问题亟待澄清。文中实验研究了热虹吸驱动室温液态金属散热系统的管道尺寸效应,对比考察了工质水和液态金属散热效果的差异、特性及规律。结果显示:当向热源提供5 W/cm2的热流密度时,热源可分别被液态金属和水冷却到50.8℃和71.6℃以下;由于粘度因素,热虹吸驱动液态金属散热系统在直径为3 mm的管道中仅能通过热传导散热,当管道直径≥4 mm时发生对流散热。实验表明:热虹吸驱动液态金属系统的散热方式受管道尺寸的影响很大,只有当实际管道直径大于系统的临界管道直径时,热虹吸力才足以驱动液态金属系统自循环流动冷却;水虹吸系统的临界尺寸高于液态金属系统,但冷却效果显著弱于后者。     

吹胀型均热板散热分析与结构优化

文中对用于通讯基站自然散热的吹胀型均热板进行了研究和创新设计。首先采用VOF 模型对业内常用的蜂窝管路结构的吹胀型均热板的热性能进行了仿真分析。结果表明,蜂窝管路由于内部管道互联自由度较高,内部气液掺混,无法形成气液分离的定向循环流动,因此工作时底部易积液,顶部积气,上下侧温度分层严重。针对以上不足,文中设计了3 种最速降线管路结构的吹胀型均热板,新结构可使管道内部形成定向的气液通道,能有效减少底部积液和顶部积气,散热效率更高。实验结果表明,最速降线管路的热阻相对于蜂窝结构散热片的热阻可减少18%。当加热功率为30 W 时,顶部热源温度下降了1.6 ℃。因此,该新型吹胀板散热片具有更好的散热性能,可进一步提升户外通讯基站设备的散热效率。     

微电子组装的传热问题

一、引言人们曾设想在晶体管发明之后,由于它具有较低的功率耗散,即使不是全部至少也可以较多地消除对各种冷却问题的担心。然而,当工程师们为了改善电子设备的性能、造价和可靠性,而在一块较小的空间组装大量的电子器件时,发现这种想法是短暂的。事实上,近年来元件级的功率密度已经大大增加。例如,计算机上一块5×5mm~2的芯片,热耗散热量达10W,相应的热流密度达4×10~5,W/mm~2。正如图1所示,这种热流密度仅比太阳表面的热流密度低二个数量级。但是,太阳表面的温度为6000℃,而芯片最高工作温度不过100℃左右。