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.     

基于CFD的水冷板热力性能仿真研究

水冷板是新能源车辆的关键部件,其换热性能直接影响了冷却系统的效能。利用CFD技术对某款水冷板的热力性能进行了分析研究。首先,建立其3D简化模型,并利用前处理软件生成网格;然后在Fluent 15.0中模拟特定工况下的性能,经20 000步迭代收敛后,输出计算结果。通过分析结果可知,当前水冷板流道内平均流速为0.16 m/s,换热量为4 883.25 J,压力损失为394.84 Pa,可以满足高效工作下的散热需求。     

动力电池冷却系统流量分配特性研究

利用CATIA软件建立动力电池冷却系统的内部流体域几何模型,通过STAR CCM+软件对乙二醇冷却液的流动情况进行模拟,得出流场的流量分配情况及其压力损失值。理论分析冷却液的流动机理,并结合数值模拟结果对冷却系统流体域的几何结构模型进行优化改进。由于流场的流体分配主要受阻力作用和分流、汇流作用的影响,通过重置管路布置的方式来调节分流、汇流作用,改变进出口五通接头及排出(吸入)Y型三通接头等连接件的结构参数来调整各流道流动阻力,使系统内进行换热的各冷却液流道流量分配达到均匀。系统优化后的流量分配情况良好,各流道内流体的速度趋于一致,故各流道汇流时所产生的湍流混合冲击损失减少,降低了流体阻力损失。     

某微通道液冷板的性能分析与优化

针对电子设备工作时局部温度过高问题,提出了翅柱与流道相结合的结构设计。分别将平行四边形翅柱、沙漏型翅柱、双层平行四边形翅柱内置于流道中,保证相同的流道截面积、冷却液进口流量与温度,借助仿真软件ICEPAK分别对这三种液冷板的散热性能进行仿真分析,并利用试验来加以验证仿真结果的可靠性。结果表明：三种优化后的冷板散热性能都优于常规通道冷板。其中,平行四边形翅柱冷板散热性能最差;双层平行四边形翅柱冷板散热性能最好,但流阻较大;沙漏型翅柱冷板散热性能适中,流阻明显小于前两者。     

自润滑推力滑动轴承润滑油流量计算方法研究

为探究自润滑推力滑动轴承在润滑时各流道的润滑油流量,以SM系列自润滑轴承作为研究对象,先将各流道分为多个阻力损失求解区域,然后由各区域间的串、并联关系得出流场总的阻力损失,根据润滑油流动所产生的阻力损失等于推力头处离心泵泵油产生的压力,从而求解出滑动轴承内各润滑油流道的流量和压力。应用流场仿真软件对轴承润滑油循环流动进行模拟仿真,得到各流道的流量与压力,并搭建试验台,测试轴承内各流道的流量和压力。将三种方法所得流量随转速变化的数据进行对比,以验证理论计算的正确性。     

某机载S形深孔液冷板优化设计

S形深孔冷板被广泛应用在强迫液冷的机载电子设备中。从对常规S形深孔冷板的结构特点分析可知,因其流道串联、长且平直,所以流道内压力损失大,换热效率低。因此,在进行某机载S形深孔冷板优化设计时,采取了并联分支以降低流阻,在平直流道中设置了多级阶梯孔以提高换热效率,确定了冷板双进、双回以及双出的结构形式。经有限元仿真分析和试验验证,选取凸出物高度与当量直径比0.05进行阶梯孔优化,优化设计后的冷板流阻下降了1/3,最大温差下降了4.5℃。经装机使用,优化设计后的冷板散热性能可靠,达到了优化设计的目的,其优化方法对同类S形长直流道冷板的优化设计具有一定的参考价值。     

基于CFD数值模拟的板式换热器分配器性能研究

基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)数值模拟方法,对板式换热器分配器在单相流动和两相流动时的分配性能分别进行研究.把板式换热器在有、无分配器作用时的数值模拟结果作对比,定量分析分配器对板式换热器并联流道间流体流量均匀分配的作用;进一步分析换热器并联流道数、工作流体流量和进口干度(两相流动时)变化对分配器流动分配性能的影响.结果发现,分配器显著提高换热器流道间流体分配的均匀性;无论是单相流动还是两相流动,并联流道数对换热器流道间流动分配均匀性的影响要大于工作流体流量变化的影响;与单相流相比,两相流动时分配器的分配性能较差,在制冷系统中当板式换热器作蒸发器使用时,这将会降低换热器的换热性能.研究结果为进一步改进分配器结构,改善板式换热器流道间流动分配的均匀性提供必要的理论依据.     

基于ICEPAK的液冷冷板散热的性能分析

针对液冷冷板解决电子设备散热问题,在流道区域受限制的情况下,选用3种新型流道形状。利用ICEPAK仿真软件对其进行热仿真分析,探究其散热性能。在限定散热区域内,保持3种流道截面积相等,进口流量相等,从而控制流速相等。均布流道,通过改变流道数目,得到每种形状流道关于温度-流道数目的曲线,对比分析3种不同形状流道的散热性能。同时,对这3种方案进行了试验验证,确保仿真结果与实测数据的一致性。结果表明:双层流道形状方案的散热性能良好,能较好地满足设计要求。     

高功率雷达冷板的流动性及散热性研究

针对某型雷达高功率且热流密度大模块,采用液冷强迫对流方式解决系统散热问题,分析了影响液冷冷板流量分布特性和散热特性的因素;基于搅拌摩擦焊技术的复杂流道焊接工艺,提出了三种流道结构形式冷板。依据单一变量原则,分别以流道宽度、深度、冷却液等效入口流速为变量,对不同流道结构冷板进行流动性及散热性研究,试验表明了为提高冷板流动性能和散热性能,应综合考虑冷板流道宽度、深度、冷却剂流速等因素影响;另外,O型结构冷板的综合流动性能和散热性能优于其他两种结构形式冷板。     

基于正交试验的液冷板散热性能的研究

根据电子设备工作时局部热耗过大的状况,设计了小通道液冷冷板。利用ICEPAK仿真软件,分别对小通道冷板和普通S型流道冷板进行散热性能研究,研究发现小通道冷板的散热效果明显优于普通S型流道冷板。对小通道结构参数（肋片间距、厚度）及进口处流量进行单因素分析,研究其对冷板散热性能的影响。通过正交试验的极差分析,各因素的影响顺序为：进口流量>肋片厚度>肋片间距。该分析结果为高功耗电子设备的散热设计提供理论参考。     

液冷式CPU散热器的传热强化及流阻性能

通过在液冷式CPU散热器蛇形流道内填充不同粒径的不锈钢珠,使液冷式CPU散热器流道形成类似多孔介质的复杂流道以提高其散热性能。通过对改进前后液冷式CPU散热器的试验研究,分析了各因素对液冷式CPU散热器的传热和流阻性能的影响规律。结果表明:在本试验范围内,相同Re和Pr下,改进后散热器的对流换热系数为改进前的1.2~4.8倍,阻力系数f是改进前的1.4~4倍;散热器填充Φ4mm开孔不锈钢珠的强化传热效果最佳,芯片表面温度较填充前降低了33,°对流换热系数增大4.8倍,而流动阻力仅增加了1.4倍。     

铜铝微通道热沉的三维数值结构优化

在恒定泵功0.05 W条件下,对水冷铜基和铝基微通道热沉对流换热进行详细数值模拟和结构优化。通过将数值预测结果与前人已发表的试验结果进行对比,验证所使用的数值模型的正确性。同时讨论在恒定泵功下微通道几何结构对微通道热沉中温度分布的影响。模拟结果显示水冷铜基微通道热沉最优的几何结构参数为通道深为580μm,通道宽为90μm,通道密度为100个/cm;铝基微通道热沉最优的几何结构参数为通道深为620μm,通道宽为80μm,通道密度为100个/cm。     

层次脉状结构液冷均温板优化设计研究

由于耐热型植物具有良好的传热传质能力,结合流道拓扑优化设计和耐热型植物高级脉序的叶脉结构特征,提出一种层次脉状结构液冷均温板的设计方法。以热交换最大和流阻最小为目标开展主流道拓扑优化设计,提取胡杨叶高级脉序的结构特征,形成液冷均温板的次流道。定义结构像素密度作为描述次流道中孔的密度参数,分析其对层次脉状结构液冷均温板的传热传质性能的影响。研究结果表明,层次脉状结构的液冷流道具有较小的流阻和良好的均温性,同时主、次流道尺寸存在最优匹配。进一步研究胡杨叶脉的分布规律,发现液冷板主、次流道尺寸最优匹配规律与胡杨叶低、高级脉序尺寸匹配规律相近。研究结果不仅为液冷均温板的设计提供新思路,而且验证了耐热植物叶脉结构特征对其传热传质性能产生的正面影响。最后加工液冷板,通过试验验证了设计方法的有效性及数值模拟的准确性。     

某新型液冷机箱热设计的数值研究

针对目前机箱整体散热性能较差的问题,根据机箱内部安装插件热耗的不同,采用新型并联S型流道液冷散热模式。通过在冷板合适位置布置散热翅片,优化了流道的结构形式,成功设计了一款新型液冷机箱。利用数值模拟与试验相结合的方法对机箱散热性能进行分析,结果表明,新型并联S型流道设计改善了流道流场,提高了上、下冷板的传热系数,使机箱的整体散热能力得到了有效增强。同时,该机箱将三维立体流道降为二维平面流道,成型简单可靠,从而使机箱具有更高的环境适应性。通过热设计分析可知,该液冷机箱可容纳多个高热流密度的插件,具有一定的工程应用价值。     

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。     

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。     

海拔高度对变频器散热影响的研究

根据高海拔地区空气的流动特点,引入海拔高度参数。结合不同海拔高度空气特性对散热器温度的影响,对文献[11]提出的板翅式散热器对流换热系数关联式做了修正。根据修正后的关联式计算了散热器出风口空气平均温度和散热器平均压降。修正后的理论计算结果与仿真结果的相对误差小于5％,表明该修正合理。文中的结果可为高海拔地区变频器等电气产品的热设计和可靠性评估提供计算方法和参考数据。     

电子设备芯片沸腾换热应用试验研究

针对电子设备单芯片热耗超过500 W、热流密度超过50 W/cm²、单个机柜超过50 kW 的散热需求,采用沸腾换热结合微槽道的方法为大热耗、高热流芯片散热提供了新的解决方案。通过试验验证了微槽道与常规通道蒸发器的流动和换热差异。结果表明,微槽道相比常规流道,其散热温差降低了44%,细长结构的微槽道蒸发器能获得更优越的换热性能,流动沸腾换热系数可达2 ~ 3 W/(cm²·K)。     

通断型微通道的结构优化与流动特性研究

微通道换热器在解决高热流密度下的散热问题时表现出显著优势,实际工业应用通常采用集成式结构进而充分提高反应效率,但目前在反应元件集成过程中很容易发生流量分布不均进而影响换热性能,甚至出现“干蒸”以及“供液过多”的现象。因此,研究工质在平行微通道内相分配特性对于改善换热效率具有重要的指导意义。通过对通断型微通道进行结构优化,提出一种带有横向微腔的两侧加宽型微通道结构,以流动分布、传热特性、两相分配相对偏差以及压降波动来判定通断微通道相分配均匀度。研究结果显示：通断微通道进行结构优化后显著提高了相分配均匀度,各支管内气体流量相对偏差小于40%,横向微腔的设计使得相邻两个通道间充分混合,整体流动均匀效果提高了37.5%。通过对两侧通道进行加宽设计,起到了气泡过滤器的作用,减小两侧空间压力,保证通道内流型以及压力的一致性。