受限空间内部热源散热器优化选型研究

发热元器件(即热源)能否正常稳定的运行,散热起着关键的作用。安装散热器是常用的一种散热方式,在受限空间内,受空间大小的限制,对散热器的优化选型显得尤为重要。文章以与空气接触的散热器为研究对象,在自然对流散热情况下,根据定量计算散热器热阻、定性评估散热器面积及散热器高度,对受限空间内散热器进行优化选型,保证热源在受限空间内可靠稳定运行。     

基于烟囱效应的电子设备自然散热设计

采用自然冷却的电子设备的换热性能与其散热结构有着密切的联系。为研究自然散热结构形式对换热性能的影响,采用FloEFD 软件进行了数值计算和对比研究。为强化自然散热效果、降低热源温度,在不增加翅片重量的前提下,基于烟囱效应设计了一种曲面散热翅片结构。仿真结果表明,相比于竖直翅片,曲面翅片结构可有效利用入口效应增强自然对流换热,翅片与盖板结合形成的烟囱结构可有效提高自然对流流速,从而达到强化换热的目的。对直翅和曲面翅结构实验件进行了自然散热实测对比。结果表明,在相同发热条件下,优化后实验件的热源温度相比原结构降低3 ℃ 以上,可为电子设备的高效自然散热设计提供参考。     

基于ANSYS的空调散热器结构对其散热性能的影响分析

空调散热器的散热性能是影响空调工作性能的重要因素,如何合理设计散热器结构以提高空调散热性能是目前亟待解决的问题。现利用ANSYS软件建立了散热器的有限元模型,并对其进行了热学性能分析,研究了散热性能与散热器结构的关系,然后对结果进行了对比分析,得到了散热器温度分布云图、相同结构不同鳍片数对散热器散热性能影响的关系曲线图以及不同结构相同鳍片数对散热器散热性能影响的关系曲线图,为空调散热器的优化设计提供了重要的依据。     

矩形肋片散热器几何参数对散热的影响分析

为考察矩形肋片散热器几何参数对散热效果的影响规律,文中应用热仿真分析软件Flotherm对矩形肋片散热器在不同结构参数下的模型进行了自然对流散热计算,通过对比分析不同模型的温度和热阻计算结果,探讨了散热器基板参数和肋片参数对其散热性能的影响。分析表明,改变散热器肋片的高度、长度和间距可有效降低散热器的热阻。这些几何参数可以作为散热器热设计变量,以进一步对散热器进行优化设计。     

基于ICEPAK的EPS控制器的散热优化研究

针对EPS控制器中MOSFET管过热而造成控制器失效的问题,对EPS控制器的散热性能进行了分析。基于传热学理论,计算MOSFET的功率损耗并系统分析了控制器的散热路径,初步选择了散热器的参数并利用三维设计软件建立了控制器的仿真模型,运用热分析软件ICEPAK对控制器的仿真模型进行了数值模拟,得到了控制器稳态工作条件下的温度场。同时结合影响散热器散热性能的因素,分别以散热器热阻、质量和MOSFET温度为优化目标对散热器结构参数进行了优化。最后利用高低温交变试验箱和温度传感器,对控制器在高温、负载下的散热器底板温度进行了测量并记录试验数据。实验结果表明,控制器温度场的仿真是准确的,两者最大误差在15%以内,证明优化后的散热器结构是合理的,同时也验证了模拟仿真对控制器散热设计的可行性和有效性。     

CPU散热器热学性能的有限元分析

CPU是计算机的核心部件，CPU散热器的散热性能是影响CPU工作性能的重要因素。尤其是CPU芯片功率高速发展的今天，其影响更加明显。所以，如何在设计时采用合理的散热器材料和结构，提高其散热性能成为了殛待解决的问题。本文利用Ansys软件建立了散热器的有限元模型，对其进行了热学性能分析。对散热性能与材料、尺寸和结构的关系进行了研究，并对结果进行了对比分析。得到了散热器的温度分布云图和热梯度分布云图，为散热器的优化设计提供了重要依据。     

基于烟囱效应的太阳花型散热器的优化设计

主要通过引入烟囱效应,加强空气对流,增强太阳花型散热器的散热能力。采用ANSYS有限元分析软件,研究了肋顶直径、肋底直径、散热环半径以及厚度等参数对散热能力的影响,通过模拟结果可知,选取合理的参数能够适当提高散热器的散热能力,减小散热器质量,节约成本。     

照明用LED的散热计算与分析

在分析照明用LED散热特点的基础上,采用对流实验关联式和辐射热网络计算方法,对一LED的散热进行了分析计算。在给定散热功率的条件下,将计算得到的未作处理的LED散热器表面温度与实测值进行了比较,结果表明两者基本一致,计算结果的相对误差小于5%,证明计算方法的有效性。对计算结果进一步的分析显示,与辐射换热相比,自然对流换热占总散热量的比例较高,表明自然对流是LED散热的主要方式。此外,采用上述方法进一步计算了表面喷涂黑漆的LED散热器的散热,结果表明,提高表面发射率可有效降低散热器表面温度,从而降低LED结温,延长LED寿命。     

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。     

基于ICEPAK仿真的散热器结构热设计研究

文中利用ICEPAK软件对多密度高功率芯片散热器结构进行了热设计研究。研究确立了影响翅片散热器散热性能的关键尺寸设计参数,如基板厚度、翅片高度、翅片厚度和翅片间距等,并得出了各尺寸设计参数对其散热效果的影响趋势,确定了散热器结构的最佳布局方案。此外,研究还建立了最佳布局的散热器结构实物并进行了高低温试验以模拟其高温散热情况。通过实验数据对比发现,仿真计算结果与实际较为吻合,进而验证了ICEPAK软件在电子设备散热设计方面的准确性与可靠性。     

复合中空热管传热性能研究

为了解决工业中的大量低品质烟气余热的回收利用和烟气酸露点腐蚀导致设备容易失效的工程问题,提出了一种复合中空热管传热元件,介绍了其结构及工作原理;对其内部传热机理进行了分析,并对其启动特性、等温性能和传热性能进行了试验研究。研究结果表明:复合中空热管在外管壁温度30℃时,加热时间2 min之内就能正常快速启动工作;在自然空气对流冷却条件下,具有较好的等温特性;复合中空热管的传热系数随着冷却水雷诺数的增加而增加;在加热蒸汽温度低于125℃的低温蒸汽加热条件下,当冷却水的雷诺数为6650时,复合中空热管的传热系数为1350W/(m2.℃)。试验研究结果为复合中空热管换热器的工程应用提供了基础。     

低散热压燃点火天然气发动机的设计与试验

为实现单一燃料天然气的压燃着火，针对天然气自燃温度高的特点，设计了具有低散热结构的分隔式燃烧宣，同时设置了进气管空气加热装置和分隔室内陶瓷电热塞加热装置。实验研究了分隔宣通道尺寸、进气管空气加热温度、燃烧室陶瓷隔热涂层对天然气压燃着火过程的相关影响。     

空气源蓄热式土壤源热泵系统模拟研究

提出了空气源蓄热式土壤源热泵系统,该系统将夏季自然空气热量蓄存于土壤中,冬季再由热泵取出供热,即实现了可再生能源的移季利用又能解决严寒地区应用土壤源热泵引起的土壤全年总取热量与总排热量失衡的问题.为研究系统运行特性,建立了系统全年仿真模型,并以哈尔滨某建筑为例进行了模拟计算.结果表明,经移季蓄热埋管管壁处土壤温度升高了3.2℃,显著改善了热泵运行条件,使得供暖保证率达到了99.5％,热泵性能系数为3.99,系统全年供热性能系数为2.56.证明了该系统在严寒地区应用是可行的.     

空调性能试验装置用热管空气热回收器的数值模拟

采用CFD方法对热管空气热回收器进行了数值模拟研究,分析了其冷凝段和蒸发段空气侧的温度场和速度场。模拟了不同管排组合方式、不同室内外温差及不同风量对热管空气热回收器换热性能的影响。结果表明,1对1管排组合的总换热量最大,2对2管排组合其次,4对4管排组合最小;并发现模拟结果与试验结果误差在5%以内,验证了所建模型的合理性。模拟结果为实际工程应用提供数据支持。     

高热流密度功率器件热设计及实验研究

雷达系统中的DAM模块发热量大,热流密度高,其散热性能直接影响功率器件运行的可靠性。对从功率器件到散热器之间的传热路径以及散热器风道侧参数进行优化设计,确定在热源上焊接铜板以降低热流密度、选择导热性能优异的界面接触材料、冷板局部焊接铜板以减小平面方向温度梯度、增加散热器翅片高度和加密散热器翅片排布等优化设计方法改进常规风冷散热方案,并对优化后的风冷散热方案进行实验研究,实验结果与仿真结果相吻合,验证了风冷散热优化方案的可行性。     

风冷散热器的减重设计方法对比研究

以某型机载雷达电子设备机箱为研究对象,应用ICEPAK 热仿真软件,对散热器的2 种减重设计方法(增大翅片间距和减小翅片高度) 进行了对比分析。结果表明:在散热器减重相同的情况下,采取增大翅片间距的方法更有利于控制发热元件的温升;风冷系统中并联的2 个散热器存在依附关系,任何一个散热器的结构尺寸变化,都会影响另一个散热器的散热性能。     

环状与蜂窝蓄热体传热与阻力特性试验研究

蓄热换热器具有结构简单、造价低、效率高等优点,在余热回收方面有着广阔的应用前景。蓄热体作为蓄热换热器的关键部分,其形状、大小及材质等各项性能参数都会对蓄热系统的余热回收效果产生重要的影响。对环状和蜂窝这两种蓄热体的传热与阻力特性进行了试验研究,通过对试验结果分析,得出了热空气进口温度和速度对蓄热体冷热空气出口温度、传热速率、温度效率、热效率及阻力损失的影响规律,并从温度效率、热效率和阻力损失几方面比较了两蓄热体的传热与阻力性能,发现在低进口速度时环状蓄热体的综合性能更好。     

太阳能-地源热泵与热网互补供暖系统的仿真性能研究

以沈阳地区典型民用住宅建筑为例,对太阳能-地源热泵与热网互补供暖系统进行仿真研究。利用TRNSYS软件,建立太阳能-地源热泵与热网互补供暖系统仿真模型和地源热泵与热网互补供暖系统仿真模型,对2种系统的蒸发器进出水温度、热泵机组COP,及热网加热量进行对比分析,结果表明:太阳能-地源热泵与热网互补供暖系统相比地源热泵与热网互补供暖系统的平均出水温度提高了50.41%;平均进水温度提高了53.08%;平均COP由3.167增加到4.65;热网运行时间由1540h增加到2032h;热网供暖季的平均换热量由114566.62kJ/h减少到101257.27kJ/h。     

一种散热性能良好的系留无人机线缆收放装置

系留无人机工作时系留线缆产生大量热量,使系留线缆温度迅速升高。文中提出了一种散热性能良好的系留无人机线缆收放装置实施方案,通过绕线筒的双层结构设计使得绕线筒内部有较大的散热空间,在强迫风冷散热方式下,绕线筒内部和外部形成了畅通的冷风流动通道,有效地带走了电流流经系留线缆时产生的热量。在系留线缆的盘绕方式上,把系留线缆分隔成若干部分,解决了集中发热的问题。热仿真分析和试验测试的结果表明,在预定的物理条件下,线缆收放装置的散热效果达到了预定的技术要求,具有较好的实用价值。     

非均匀热流下功率模块微小通道热沉传热特性研究

针对飞行器大功率电动舵机伺服系统功率模块内各器件发热损耗不同引起温度不均的问题,开展非均匀热流下微小通道热沉传热特性分析。依据功率模块三相桥电路的实际构型和工作特点,在数值计算方法和网格无关性验证基础上,利用FLUENT建立多种结构微小通道热沉的数值模型,对冷却通道在高、低热流区的典型周向传热特性及热沉总体性能进行探讨。研究发现,相同通道截面下,各通道圆周方向壁温呈非均匀分布,但不同通道的相同位置处局部传热系数较为一致;对于等流通面积的变截面冷却通道,通道数量及结构对局部传热影响突出。非均匀热流分布和通道流向、通道构型相匹配有助于改善基底均温性,渐缩通道构型和小截面多通道构型强化传热优势明显,具有较低热阻和较好均温性。