基于强制风冷的IGBT用翅片散热器仿真分析与结构优化

针对当前风力发电机组用逆变器散热要求高的问题,该文对强制风冷条件下的翅片式散热器进行有限元仿真分析。该文采用COMSOL Multiphysics平台对IGBT芯片和散热器模块进行建模、数值模拟计算,研究芯片温度分布随散热翅片厚度、翅片数量以及流体域大小等因素变化的规律。结果表明,当翅片厚度为2 mm、数量为40片且流体域尺寸为637.5mm×483.0mm时,散热效果最好。     

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%。     

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。     

基于烟囱效应的域控制器散热器结构优化

为了满足域控制器各芯片散热需求及散热器轻量化设计要求,依据烟囱效应,设计了一种自然对流散热方案。通过单因素控制变量法,探究了翅片厚度、翅片间距、翅片高度和烟囱高度对散热性能的影响及其规律。结果表明:散热器中引入烟囱效应可以显著提升翅片进风口处的气流速度,从而改善自然散热效果。同时还可以减少散热器的质量,降低材料成本。在此基础上,采用中心复合设计方法构建响应面进行多目标优化设计,得到烟囱式散热器最优参数。     

数据中心服务器CPU水冷散热器的优化设计

如何强化水冷散热器的散热性能以维持计算机芯片的正常工作温度,成为数据中心服务器冷却问题研究的焦点。本文以水冷散热装置的综合系数F和芯片温度为目标参数,采用正交试验法对散热器的基板厚度、槽道(位于基板)位置、槽道数量和槽道宽度进行了优化设计,针对不同的需求得到最佳的组合为F指数和T指数散热器。结果表明:当冷却水体积流量为0.4 L/min,进口温度为20℃时,T指数和F指数散热器的散热极限热流密度分别为78 W/cm~2,65 W/cm~2。并从散热器底板的温度分布和总热阻两个方面分析其散热性能,T指数散热器的底板温度梯度和总热阻均低于F指数散热器,表明T指数散热器优于F指数散热器;但是在不同的体积流量下,F指数散热器的压降要低于T指数散热器。芯片在热流密度为65 W/cm~2以下时,F指数散热器槽道内流体的流动效果较好而且可满足数据中心服务器的散热要求,而更高的热流密度应选用T指数散热器进行冷却。     

分段凹槽式散热器数值模拟

随着LED灯具功率的增大,LED散热问题越来越受到关注,基于此设计出一种分段凹槽式散热器。采用COMSOL软件进行三维模拟仿真,模拟研究了分段凹槽式与平板翅片式散热器的散热情况。通过分析温度场与压力场计算云图,结果显示分段凹槽式散热器在降低热界面温度性能上明显优于平板翅片式。研究结果为灯具散热设计提供依据。理论上在大功率LED灯中安装优化设计后的散热片可以很好地解决灯具工作时的散热问题。     

热电制冷强化风冷散热模块的工作特性分析

热电制冷器(TEC)可以强化散热器冷却性能,但受热端散热强度、工作电流、工作热负荷等参数影响较大。本文建立了TEC强化风冷散热模块的有限元分析模型,对其温度分布、工作特性进行了系统的理论和实验研究,并提出了确定TEC强化风冷散热模块有效工作电流、有效热负荷和有效制冷系数范围的方法。仿真和实验结果表明:特定的TEC强化风冷散热模块存在一个极限热负荷Qc,max,仅在工作热负荷Qc相似文献   

基于OptiStruct形状优化的空调散热器稳态热传导及基频研究

基于热力学理论并运用Hyper Works分别对矩形翅片散热器和环形翅片散热器进行稳态热仿真分析,优选出散热性能较好的翅片散热器。为了改善空调散热器的散热性能,本文对优选的翅片散热器进行基于形状优化的稳态热传导和固有频率分析。采用Hyper Morph对优选的翅片散热器进行预变形定义并作为形状优化的设计变量,通过Opti Struct求解器计算出使散热性能最优的翅片散热器结构形状和固有频率。该方法有效地降低空调散热器最高温度并改善了它的散热性能,还大大地提升了空调散热器的抑制振动能力。     

管带式水冷散热器的换热性能研究

本文对管带式水冷散热器的换热性能进行数值模拟研究并通过实验进行验证,以求提高换热器换热性能。建立模型分别从管带式百叶窗、扁管翅片单元进行全面的性能分析。其中对管带式散热器百叶窗的开窗角度进行了分析,结果表明:管带式散热器的百叶窗开角在23°~27°之间的散热效果最佳,提出并通过数值模拟验证了一种优化翅片结构的方案,与传统结构对比,散热效果有明显提高。搭建实验台并设计正交试验,研究了不同因素对散热器整体散热效果的影响程度。在本实验研究的范围下,通过多组实验数据分析得出,进口水温、循环水流量、风扇转速3种因素对散热器散热量的影响程度为:进口水温>循环水流量>风扇转速。     

用于冷却变频空调器IPM的制冷剂散热的设计和试验研究

分析用于冷却变频空调器IPM模块的风冷铝制肋片散热器的缺点及用制冷剂冷却IPM模块的优势。设计制冷剂管散热器,建立散热模型,计算空调器在最恶劣条件下运行时的IPM温度,在温度满足要求下确定散热器结构参数。通过分析影响IPM模块温度的因素,制定试验方案并进行验证,最终确认制冷剂管散热器能够有效可靠地将IPM模块稳定在较低温度范围内。     

一种变频空调电控箱体降温模块的研究

本文根据变频热泵机组系统特点和制冷循环热传导原理设计了一种变频空调电控箱体的降温模块,该降温模块的U型散热装置与制冷剂配管接触弧度为3/4圆弧结构,接触点切线成45°斜角,放置在空调系统中出储液器到进入电子膨胀阀之间的管路部分,使制冷剂经过该散热装置的温度处于40℃～50℃之间最佳温度范围。在环境温度43℃、出水温度15℃的制冷工况下,通过实验分析和验证了增加该散热装置和自然冷却两种状态下系统的性能。结果表明:加装制冷剂散热装置机组运行时变频器功率器件产生的热量可以通过制冷剂散热装置带走,降温效果较为明显。同时,通过理论计算和实验测试对比了变频器功率发热部件温度与制冷剂进口温度之间温度差变化情况,验证了加装制冷剂散热装置的效果。     

Numerical comparison for thermo-hydraulic performance of pin fin heat sink with micro channel pin fin heat sink

Cooling of miniature size electronic components has become a challenge for designer in the development of integrated circuits. Micro pin fin heat sink and Micro channel pin fin heat sink are thermal management techniques for effective cooling. The paper presents comparison of fluid flow and heat transfer characteristics for micro pin fin heat sink and micro channel pin fin heat sink with unfinned micro channel heat sink. A three-dimensional heat sink with water as coolant subjected to constant heat flux 10 W/cm², for Reynolds number ranging between 100 and 900 was considered for the study. Extended surfaces of different shapes namely, square and circular with staggered arrangement was considered for both micro pin fin heat sink and micro channel pin fin heat sink. Two non-dimensional parameters namely Nusselt number and thermal performance index were employed to access the performance of heat sink. Results indicate that the microchannel pin fin heat sink has highest nusselt number and friction factor over the whole Reynolds number range. Results also revealed that formation of secondary vortices enhances heat transfer in micro channel heat sink with square pin fin compared to micro channel heat sink with circular pin fin. However, pin fin heat sink has better thermal performance index compared to Micro channel pin fin heat sink and is more preferable when heat dissipation is compared with pressure drop penalty. The Governing equations for fluid and solid domain were solved using FLUENT to study flow and heat transfer characteristics.     

CPCM/液冷复合电池热管理方式优化设计

目的为了解决锂电池组在放电倍率为2.5 C,环境温度为308.15 K下工作时,其最高温度、最大温差可能超过适宜温度的情况。方法建立基于复合相变材料(CPCM)/液冷复合的电池组散热模型,首先通过实验测得锂电池单体相关性能参数,然后利用数值模拟方法讨论CPCM厚度对电池组散热性能的影响。分析得出当CPCM厚度在一定范围内变化时,单一的相变材料冷却方式不能将电池组最高温度控制在适宜的温度范围内,因此提出CPCM/液冷复合散热方式,以复合相变材料厚度、液冷通道间距、液体流速为设计变量,电池组最高温度和最大温差为优化目标进行多目标优化设计。结果结果表明,优化后的电池组最高温度和最大温差分别为316.88K和0.30K,满足设计要求,但相变材料在相变过程中存在泄露的风险。结论相较于单一的相变材料冷却方式,优化后的复合冷却模型能够大幅度降低电池组的最高温度,同时将最大温差控制在安全范围内;在保证散热模型最外层包装结构具有较高导热性的同时也要加强其结构设计,防止相变材料泄露。     

R32空气源热泵机组性能试验研究

为了了解R32制冷剂应用于空气源热泵系统的性能,分别对采用补气增焓方案和喷液冷却方案的2台R32样机进行测试,并与同型号R22机组进行对比。试验结果表明,2台R32样机均能够安全稳定运行,在整机成本、系统简单性及可操作性方面,喷液冷却系统占有较大优势,但在低温适应性方面,补气增焓系统优势明显。最终根据性能试验结果,给出R32样机存在的问题及进一步优化设想。     

A complete carbon-nanotube-based on-chip cooling solution with very high heat dissipation capacity

Heat dissipation is one of the factors limiting the continuous miniaturization of electronics. In the study presented in this paper, we designed an ultra-thin heat sink using carbon nanotubes (CNTs) as micro cooling fins attached directly onto a chip. A metal-enhanced CNT transfer technique was utilized to improve the interface between the CNTs and the chip surface by minimizing the thermal contact resistance and promoting the mechanical strength of the microfins. In order to optimize the geometrical design of the CNT microfin structure, multi-scale modeling was performed. A molecular dynamics simulation (MDS) was carried out to investigate the interaction between water and CNTs at the nanoscale and a finite element method (FEM) modeling was executed to analyze the fluid field and temperature distribution at the macroscale. Experimental results show that water is much more efficient than air as a cooling medium due to its three orders-of-magnitude higher heat capacity. For a hotspot with a high power density of 5000 W cm(-2), the CNT microfins can cool down its temperature by more than 40 °C. The large heat dissipation capacity could make this cooling solution meet the thermal management requirement of the hottest electronic systems up to date.     

芯片封装均温板壳体的传热特性研究

高热流密度、微型化芯片的发展使传统金属材料的热扩散能力受限.本文设计加工了一款具有微针筋的均温板,应用于芯片封装壳体,实验研究了充液率、芯片尺寸、散热器运行参数(水流量、温度)对均温板壳体(VC IHS)传热性能的影响,并与同工况条件下芯片封装金属铜壳体(Cu IHS)的传热性能进行对比.结果表明:VC IHS的充液率...     

喷液旁通对空气源热泵性能影响的试验研究

分析一种喷液旁通对空气源热泵性能的影响,并进行额定制冷和制热验证试验。结果表明：当旁通率较小时,制冷能力和能效比对旁通率的变化不敏感;旁通率微调到一定区间时,制冷能力和能效比出现一定程度的提升,压缩机排气温度明显下降;当旁通率较大时,制冷能力和能效比显著下降。在额定制热条件下,旁通率微调到一定区间时,制热能力和性能系数出现一定程度的提升。     

热泵型溶液除湿新风系统性能分析与优化

本文建立了热泵型溶液除湿(HPLD)新风系统数学模型,研究了新风温度、湿度对系统运行性能的影响。结果表明:新风温度升高1℃,系统COP平均下降率为0.9%;新风含湿量增加1 g/(kg干空气),系统COP平均下降率为3.6%,新风湿度增加导致HPLD系统COP大幅下降,系统新风湿度变化的适应性差。为扩大HPLD系统适应范围,提出了冷却除湿与HPLD组合式除湿系统,以组合式除湿系统COP为评价指标,得到组合系统级间新风参数最优状态:温度为21℃,含湿量为14.1 g/(kg干空气)。夏季典型工况下,组合式除湿系统COP为5.40,比单一HPLD系统COP提高87.5%。最后,根据HPLD系统设计参数制作了实验样机,并对模拟结果进行了验证。