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。     

用于CPU冷却的集成热管散热器

提出了将立体蒸汽腔和热管两相传热结合,用于CPU冷却的集成热管散热器新概念,并对设计出的集成热管散热器的传热性能和整体的均温性进行了试验研究.试验结果表明,未优化的集成热管散热器的热阻在0.14℃/W～0.2℃/W之间,且整个散热器具有均匀的温度分布.与当前的热管散热器相比,这种结构的集成热管散热器具有散热效率高、结构紧凑、接触热阻小、重量轻、成本低等特点,可以满足未来大功率CPU散热的要求.     

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。     

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。     

基于热管技术的相变材料强化传热技术进展

相变材料以其高蓄能密度成为蓄能领域的研究热点,但由于相变材料导热系数较低其应用受到很大的限制。针对此类现象,综述了微胶囊、金属材料、碳材料及热管技术强化相变材料传热性能的研究,并通过分析总结各种强化相变材料传热的方法的优点及缺陷。研究发现,发现热管与相变材料耦合的优势及潜力,但目前该研究处于初级阶段,仍需大量的研究工作以完善其耦合体系及其强化传热机理。     

带有强化换热结构的芯片散热器实验研究与数值模拟

超级或大型计算机服务器CPU的冷却散热问题,已经成为计算机高性能发展的瓶颈,受到业内越来越广泛的关注。本文提出了一种用于冷却计算机服务器芯片的散热器,其结构是将镶嵌在散热器底板的热管与翅片组装为一体。利用自建实验台对该散热器以及平板式热管散热器的性能进行了对比实验分析,同时对其热管本体、翅片以及均温板的温度分布进行了数值模拟。这种热管冷凝段得到强化换热的散热器其底板面积相对平板式热管散热器减小了50%,因此具有更好的均温性;在相同的工况下热流密度由24.3 W/cm2增至68.6 W/cm2时,该散热器翅片顶部的平均温度增幅仅为17%。     

热管及其主要应用领域的研究

热管是一种超导热体的传热元件,具有传热系数高、温度分布均匀、热响应迅速、结构紧凑、工作可靠等优点.本文介绍了热管的工作原理、结构,重点阐述了热管式散热器在一些领域里的应用,并作了性能的分析和研究,最后介绍了热管在电机领域里的有望广泛应用.     

低温热管传热特性的实验研究

搭建了一套低温热管传热性能测试实验台,基于一种新型矩形内翅片低温热管,首次在-60℃至-40℃的温度下探究了冷凝温度和加热功率对热管稳态等温特性的影响,以及蒸发段和冷凝段长度变化对蒸发传热系数、总热阻值和当量导热系数的影响。研究结果表明:相同工况下,热管的轴向温差随着冷凝温度的降低而减小,随着加热功率的增大而增大;蒸发段长度越大,加热功率越高,蒸发传热系数越大;冷凝段长度越小热管热阻值越低,蒸发段长度越小热阻值越大;当量导热系数随冷凝段长度的减少而增大,随蒸发段长度的减少而减小。     

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。     

微平板热管导热性能测试系统

为精确评价微平板热管的导热性能,搭建了微平板热管的热性能测试系统,该系统按功能主要分加热/冷却、信号测量、视觉采集和数据处理与记录等.为减少输入热量散失,整个测试系统在真空环境中进行,保证了热量能有效通过微平板热管输出.系统中测量了微平板热管的输入热流以及蒸发段、绝热段、冷凝段3部分的温度,通过计算得到热阻和当量导热系数两个热性参数.输入功率为2W时,对灌注工质和未灌注工质的微平板热管进行测试,结果显示:灌注工质的热管与未灌注工质的热管对比,导热系数大约提高3倍,热阻降低3.5倍.本文建立的测试系统可用于微平板热管的导热性测试及评价.     

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。     

冷却电子芯片的平板热管散热器传热性能研究

通过采用均匀与非均匀热量分布的两种热源对平板热管散热器在冷却电子芯片中的传热性能进行了实验研究，了解其在不同热源加热条件下的传热特性。对比均匀加热条件的铜柱而言，硅质芯片作为热源可以更切实际地模拟计算机微处理器的热源边界条件。非均匀热量分布的芯片内部设置了3个受热区，其中热点的最大热流密度为690W／cm^2。实验表明平板热管散热器工作过程中蒸发段的热传导和汽液两相之间的相变换热起重要作用。研究结果说明蒸发热阻在不均匀的加热条件下与均匀加热条件相比变化不明显，但与热源芯片的传热量成反比。     

空间低温热管的设计与实验研究

介绍了为空间辐射制冷器研制开发的一种干道吸液芯氮气低温热管 ,该热管直径为6mm ,长度210mm ,工作温度80 .0～120 .0K ,最大传热功率可达2.5W ;并对其传热性能进行了实验研究。实验结果表明低温热管的传热性能远远优于固体的导热性能 ,完全能够满足辐射制冷器冷焦面耦合需要     

振荡流热管汽车散热器传热性能的实验研究

对振荡流热管汽车散热器和管带式铜质汽车散热器进行了实验研究,得到了两种散热器的传热和阻力特性,对比发现振荡流热管汽车散热器具有较好的传热性能,且风阻和水阻均小于管带式铜质汽车散热器,并进行了热平衡误差分析,实验结果对开发新型汽车散热器有一定的指导意义。     

笔记本电脑热管最大传热能力测试

热管作为笔记本散热器中最重要的导热元件,最大传热能力是衡量其性能优劣的重要指标之一。本文结合生产实际,设计了一种测试装置。此装置操作简单方便,分段测试数据读取一目了然,可实现不同类型热管在不同工作温度及工作角度下最大传热能力的精确测试。通过实验验证,结果表明:在50℃工作温度下,输入测试功率30W时,热损耗在2%以内。     

散热器散热过程的场协同分析

大型计算机服务器CPU的散热问题始终是业内专家关注的焦点,为此推出了多种不同类型的CPU散热装置。为了提高散热器对流换热的性能除了采用强化换热措施外,流体速度场与温度梯度之间的协同程度也将影响其换热效果。本文对一种新型结构的芯片散热器进行了实验研究,通过PIV实验测试以及运用流固耦合进行数值计算,获取了实验风道中散热器周围的速度场和温度场。在此基础上利用场协同理论对其换热过程进行了分析,得出了颇有参考价值的研究结论。     

脂肪酸相变材料导热系数测试及相变传热过程的数值模拟

相变材料在相变过程中由于材料本身状态的变化,其相变传热过程属于具有移动边界的非线性过程,针对相变材料相变传热过程中非线性传热特征,对月桂酸-癸酸混合脂肪酸相变材料的热性能进行了研究,利用差示扫描量热法(Differential Scanning Cal-orimetry)对相变材料的相变潜热和相变温度进行了测试,利用DRE-2C导热系数测定仪测试了不同摩尔比例脂肪酸相变材料以及相变材料在不同测试温度下的导热系数,通过将无机多孔材料硅藻土和脂肪酸相变材料混合制备了一种无机复合相变材料,并对其导热系数和蓄放热性能进行了测试,利用有限元法对相变材料的相变过程进行了数值模拟。研究表明,脂肪酸相变材料的导热系数和其相变温度呈反比关系,相变材料的相变温度越高,其导热系数越低。对于同一相变材料来说,相变材料的导热系数随着材料温度的升高而升高,硅藻土的掺入明显增加了相变材料的导热系数,复合相变材料蓄放热速率加快,改善了相变材料的传热性能。有限元模拟分析法可以较好地描述相变材料的传热过程,相变材料的导热性能需要强化以提高其蓄放热的速率和频率。     

分离式CO_2热管传热性能分析

用CO_2替代R22应用于分离式热管系统对于环境保护很有意义。从目前已有的实验结果来看,CO_2的流动沸腾和凝结传热系数要明显高于常规制冷剂,说明其在提高热管系统传热性能方面具有潜力。但考虑到热管内工质的沸腾和凝结换热系数较高,相对来说,热管系统的主要热阻集中在管外空气侧或水侧的对流换热热阻。因此,尽管CO_2替代常规制冷剂时管内沸腾凝结换热系数可以成倍提高,但热管系统整体传热性能的提高可能较为有限。本文通过实验对比了CO_2热管和R22热管的传热性能,并结合相关的传热模型,分析了分离式热管中的各部分热阻,结果显示,由于CO_2的管内沸腾凝结换热热阻小于R22,使得CO_2热管的整体传热性能优于R22热管,其总热阻比R22热管降低22%~25%。     

新型槽式跟踪太阳能集热器的中高温热利用研究

采用新型导热介质,主要介绍了集热装置的热性能实验方法,并着重对槽式跟踪太阳能集热器集热性能进行了研究及分析,通过对槽式跟踪热管真空管集热器理论值与试验值的比较,结果表明:利用导热油强化传热技术并结合热管技术,使得槽式跟踪太阳能集热器具有较高的集热效率,可产压力2 MPa,温度达200℃以上的饱和蒸汽。     

LED灯具石墨散热器结构优化设计

以朗硕LS-QL0X灯具散热器结构为参考模型,研究了石墨散热器替代铝散热器后灯具的散热状况,讨论了石墨散热器翅片长度、翅片角度、翅片厚度及散热器导热系数对LED灯具散热状况的影响,并在此基础上对散热器结构进行了正交优化分析。仿真结果表明,灯具散热影响因素大小的顺序为散热器导热系数>翅片角度>翅片长度>翅片厚度,最优仿真结果是散热器导热系数为50W/(m·℃)、翅片角度为7°、翅片长度为19mm、翅片厚度为0.7mm,优化后芯片最高温度为37.52℃,比优化前温度下降了20.6%。优化后的LED石墨散热器灯具的最高温度比铝散热器灯具芯片仅高出2.23℃,质量却比铝散热器减少了25.9%。研究表明优化后的石墨散热器可以满足LED灯具的散热要求,且能有效减轻灯具的整体质量。