泵驱两相冷却系统设计及性能验证

为了解决电子设备中高热流密度器件的散热问题,文中利用介质相变原理,采用泵驱两相冷却技术实现高效散热。搭建了泵驱两相冷却系统并对关键部件的设计进行了研究,验证分析了系统的散热性能及热负荷变化对多支路流量分配的影响。结果表明：以R134a为工作介质的泵驱两相冷却系统可实现312 W/cm² 的局部散热热流密度;对于多点热源（热流密度为0.4 ~ 5.5 W/cm² ）,不同热源与冷板贴合面附近的温度均匀性好,温差小于1 ℃;对于多支路系统,某一支路热负荷的变化会引起各支路流量分配的变化。     

一种低流量强化换热液冷冷板的研究

随着芯片集成度和热流密度的不断提高,常规的深孔钻液冷冷板难以满足高热流密度芯片的散热需求.文中基于微通道散热原理,采用往返式流道,设计出了一种低流量强化换热冷板,仿真和实验结果表明:低流量强化换热冷板仅需深孔钻冷板的1/3流量即可实现与深孔钻冷板相当的散热性能;当两者流量相同时,低流量强化换热冷板的散热能力明显优于深孔钻冷板,可用于400 W/cm2高热流密度芯片的散热.     

微/小通道冷板在某型相控阵天线上的对比分析

微通道换热是近年来电子机械工程抗恶劣环境研究的热点之一。由于其具有良好的换热特性,现在逐渐被应用于高热流密度电子设备的冷却散热系统设计之中。相控阵天线具有热源集中、热流密度极高等特点。文中将新型微通道冷板与某型相控阵天线进行有机结合,提出了一种新的相控阵天线冷却方式。同时,通过基于有限体积法的仿真分析表明,微通道冷板相较于小通道冷板更有利于控制天线中T/R模块的温度。     

多结构形式小通道液冷板散热性能对比研究

小通道冷板作为一种有效的热控装置,已被广泛应用于高热流密度电子器件的热管理领域。文中以通道特征尺寸为2 mm 的串行、并行以及射流冲击/小通道混合液冷板为研究对象,旨在获取这3种结构形式冷板的极限散热能力和流动阻力损失的差异。研究结果表明：在相同冷却工质流量条件下,3种冷板的散热功率由大到小依次为串行通道、并行通道、射流冲击/小通道混合液冷板;串行通道冷板的板内阻力损失明显大于其余两者;在综合考虑压力损失和散热性能的基础上,根据不同热源热流密度条件选择合适的冷板结构,有望满足特定应用的需求。该研究可供小通道液冷板的设计和优化参考。     

固态组件材料和结构参数对热阻的影响

研究了热流密度为100 W/cm2的固态组件的基板和壳体的等效导热系数、厚度和横截面面积对整个组件的冷却装置的热阻的影响。基板和壳体的导热系数从160 W/(m·K)提高到800 W/(m·K)时,冷却装置总热阻分别下降约1.2℃/W和0.55℃/W,下降比例分别为33.3%和15.5%;基板厚度从0.4 mm增加到1.6 mm时,冷却装置总热阻下降约0.78℃/W,下降比例为22.0%;基板横截面面积从0.42 cm2增加到2.1 cm2时,冷却装置总热阻下降约0.52℃/W,下降比例为15.1%;壳体厚度从0.8 mm增加到2.4 mm时,冷却装置总热阻下降约0.43℃/W,下降比例为11.6%;以上各种情况中冷却装置总热阻下降趋势为先急后缓。对于目前的组件而言,参考上述结果进行优化,将使组件的冷却得到明显改善。     

喷雾冷却冷板的设计与研究

随着电子元器件和雷达等设备功率密度的不断提高,传统的散热方式越来越难以满足要求,而喷雾冷却因其更强的散热能力在高热流密度散热领域受到广泛关注。文中基于喷雾冷却技术设计了一种集成微型旋流雾化喷嘴的喷雾冷却冷板,并通过一套自行设计的喷雾冷却热性能实验系统研究了冷板的换热性能及其影响因素。该喷雾冷却冷板可实现超过100 W/cm²高热流密度的散热能力,为未来雷达电子设备的冷却设计提供了新的思路,有着较好的应用前景。     

热管冷板在传导冷却LRM模块上的应用

为解决传导冷却LRM模块内高热流密度芯片散热问题,通过对传导冷却LRM模块的传热路径分析,提出了一种应用热管冷板减小LRM模块内部热阻的解决方法。详细描述了使用热管冷板的LRM模块结构形式。测试了两种不同冷板结构的某接口控制模块内部热阻,结果表明,采用热管冷板后,LRM模块内部热阻降低了约50%。     

表面结构对喷雾冷却临界热流密度的影响

在闭式循环喷雾冷却系统上,以蒸馏水为工质,研究了表面结构、喷雾流量对喷雾冷却临界热流密度的影响。结果表明,相较于光滑表面,微槽表面可提升临界热流密度;因具有适当的槽深(0.3mm)和较窄的槽宽(0.2mm),No.2槽面的临界热流密度最大,在流量为18.0m L/min时,临界热流密度为175.7W/cm2,比光滑表面提升了59.1%,对应的液体蒸发率达91.4%;增加喷雾流量能大幅提升临界热流密度,特别是对槽面而言更是如此;流量从13.0m L/min增至23.0m L/min时,No.6槽面的临界热流密度由130.7W/cm2增至212.4W/cm2,相对增加了62.5%,同样情况下,光滑表面临界热流密度仅增加了43.6%。表面开槽可有效阻止液滴滚离待冷面,延长液滴停留时间,这是微槽面临界热流密度更大的根本原因。     

便携式小型化信号处理机箱散热设计

为解决某舰载便携式小型化高性能信号处理设备的高热流密度散热问题,文中采用基于热管的高效热传导加强迫风冷的综合散热方式,结合整机结构设计、模块冷板设计、均温隔板设计及风扇选型计算等,研制了一款加固型密闭式机箱。采用Flotherm 仿真软件建立模型开展热仿真,并进行了高温+50 ℃ 满载工作测试。结果表明,该机箱设计可满足便携式小型化高性能信号处理设备的散热需求以及功率为100 W、芯片封装级热流密度达30 W/cm² 的单模块的散热需求,为同类加固型密闭式机箱的设计提供了较好的参考。     

均温板复合微通道液冷板的设计与性能研究

为解决高功耗和高热流密度芯片的散热问题,设计了一款新组合形态的液冷板——均温板(Vapor Chamber,VC)复合微通道液冷板。首先介绍了均温板复合微通道液冷板的设计方法,接着开展了仿真评估,最后进行了测试及回归分析。测试结果表明：VC复合微通道冷板能解决单芯片功耗650 W、热流密度100 W/cm²的散热问题,此时VC复合微通道液冷板底面温度为63.3^?C,热阻只有2.815E-2^?C/W。同时,在一定范围内,随着热源功耗的增加,液冷板热阻减小,散热效果提升。     

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。     

Heat dissipation in high-power semiconductor lasers with heat pipe cooling system

This study focuses on the application of heat pipes in thermal management for high-power semiconductor lasers. The heat pipe cooling systems are used for heat dissipation in high-power semiconductor lasers. These systems are used instead of water cooling machines to realize a compact and lightweight laser module. The n-shaped heat pipe cooling system, which consists of eight 6 mm copper heat pipes with sintered powder wicks, can easily handle a heat load of up to 73 W from a single-laser unit. The fabricated U-shaped heat pipe cooling system, which consists of ten 12 mm copper heat pipes with sintered powder wicks, can easily handle a heat load of up to 300 W from five laser units. The optical power of the multi-laser module cooled by the U-shaped heat pipe cooling system reaches 210 W. These results indicate that high-power semiconductor lasers can be cooled using heat pipe cooling systems instead of water cooling machines.     

集成在微型直接甲醇燃料电池中加热器的设计

根据各种传热机理建立了微型直接甲醇燃料电池的热传导模型,借助有限元分析工具,设计模拟了集成在微型直接甲醇燃料电池中3种不同结构的加热器。仿真结果表明,不同的加热器结构在极板表面将引起不同的温度分布,这将对燃料电池产生不同的加热效果,从而对电池的性能造成影响。其中一种比较理想的加热结构仅引起1.4 ℃的温度偏差,显示了良好的温度均匀性,故在实验中被用来控制工作温度。而另外两种加热结构引起的温度偏差分别是2.1 ℃和3.0 ℃。实验结果表明,当电流53.9 mA时,微型直接甲醇燃料电池工作温度为58.2 ℃,产生的最大功率密度为5.55 mW/cm²。集成后的微型加热器可以通过调整微型直接甲醇燃料电池的工作温度提高其性能,并能在极端环境下工作。     

2种不同结构的重力供液CO_2冷风机性能比较

对由重力驱动的3k W,R404A/CO2制冷系统(CO2作为载冷剂)的CO2冷风机进行了试验研究。设计了2种不同的CO2冷风机,一种为只有一个通道的串联冷风机,另外一种具有两通道的并联冷风机,并分析了在不同充注量下2种结构的CO2冷风机的工作性能和蒸发温度波动的原因。通过分析降温速率、库内终温以及库内温度波动可知:和大串联结构相比,两通道并联系统的最佳充注量降低为950g(36.5%),相比减小了4.5%;当系统在最佳充注量下工作时,两通道的并联系统冷风机的传热系数增加到59.5W/(m2·K),相比升高了19.5%;冷库的最低温度降低了3.2℃,同时,系统达到稳定运行,冷库的温度稳定时所需的时间更少。     

半导体制冷系统热端散热试验研究

分别对TEC1-12704和TEC1-12706两种型号半导体制冷片的热端进行了散热器有热管散热与散热器无热管散热的试验装置设计,同时设计了分离电流输入两级制冷散热器有热管散热的试验装置,并分析了热端散热工况对冷端温度的影响.试验结果显示:散热器有热管散热可强化热端散热,半导体制冷片冷端温度与散热器散热能力有关,在有限...     

Analysis of collapse in flattening a micro-grooved heat pipe by lateral compression

The collapse of thin-walled micro-grooved heat pipes is a common phenomenon in the tube flattening process, which seriously influences the heat transfer performance and appearance of heat pipe. At present, there is no other better method to solve this problem. A new method by heating the heat pipe is proposed to eliminate the collapse during the flattening process. The effectiveness of the proposed method is investigated through a theoretical model, a finite element(FE) analysis, and experimental method. Firstly, A theoretical model based on a deformation model of six plastic hinges and the Antoine equation of the working fluid is established to analyze the collapse of thin walls at different temperatures. Then, the FE simulation and experiments of flattening process at different temperatures are carried out and compared with theoretical model. Finally, the FE model is followed to study the loads of the plates at different temperatures and heights of flattened heat pipes. The results of the theoretical model conform to those of the FE simulation and experiments in the flattened zone. The collapse occurs at room temperature. As the temperature increases, the collapse decreases and finally disappears at approximately 130 ℃ for various heights of flattened heat pipes. The loads of the moving plate increase as the temperature increases. Thus, the reasonable temperature for eliminating the collapse and reducing the load is approximately 130 ℃. The advantage of the proposed method is that the collapse is reduced or eliminated by means of the thermal deformation characteristic of heat pipe itself instead of by external support. As a result, the heat transfer efficiency of heat pipe is raised.     

一种新型低温热管传热性能的试验研究

对某内部一体式吸液芯结构的低温热管进行了一系列试验研究,主要分析了该型热管水平工况下不同加热功率及工作温度对其轴向温度分布、最大温差、当量导热系数、总热阻以及蒸发/凝结传热系数的影响。研究结果表明:该型热管元件在-30~0℃的工况下具有较好的均温特性和传热能力,适用于对恒温特性有一定要求的0~40W的小功率热量传输场合。     

某数字T/R 组件液冷冷板的改进设计

文中针对某数字T/R组件出现的局部过热问题,对原有液冷冷板进行改进设计。组件加工工艺由传统的铣削加工改为一体压铸成型,冷板流道改为铜管嵌装结构,并引入微通道散热技术,分别设计直齿微通道散热模块和菱形柱微通道散热模块。测试结果表明:微通道散热模块对散热效果改善明显,可解决局部过热问题;引入微通道散热模块后冷板流阻有所增加,但在允许范围内;菱形柱微通道散热模块由于边界层重新发展和二次流的产生,散热效果比直齿微通道散热模块好,热流密度越高,改善效果越明显。文中数字T/R组件最终选用直齿微通道散热模块的流道结构。菱形柱微通道散热技术可在更高热流密度的情况下应用。     

高效热扩展技术在干式T/R组件散热中的对比研究

T/R组件散热是有源相控阵雷达领域的重要课题,大功耗、高热流密度器件在冷板上会形成局部热障,产生扩展热阻。文中以干式风冷T/R组件散热为研究对象,采用三维数值模拟方法对铝冷板、金刚石/铜、热管及蒸汽腔等高效热扩展技术进行了对比研究,探讨了导热系数、冷板厚度、对流换热系数对扩展热阻的影响规律。结果表明,提高冷板的等效换热系数是减小扩展热阻、强化传热最有效的途径之一。同时合理优化冷板厚度及散热器对流换热系数能有效降低高热流密度器件的工作温度。