片状二氧化钛纳米颗粒对热管及热管散热器工作性能的影响

利用水热法制备片状二氧化钛纳米颗粒,两步法制备片状二氧化钛/水纳米流体。制作了外径为6mm和长度为200mm的充有片状二氧化钛/水纳米流体热管,组装了一个具有2根热管和20片翅片的热管散热器,探讨了片状二氧化钛纳米颗粒对热管及其散热器工作性能的影响。结果发现二氧化钛纳米流体热管的温差明显地小于水热管的。在加热系统温度为50～80℃范围内,片状二氧化钛纳米流体热管的热阻比水热管热阻降低了14.0%～35.9%。考察热管散热器发现片状二氧化钛/水纳米流体热管散热器的翅片表面温度高于水热管翅片上的表面温度,末端翅片散热量比水热管翅片散热量增强31.3%～46.6%。     

热管散热器的数值仿真模型分析

热管作为导热性能特别高的良好传热元件在近年来不断得到重视而越来越多的运用于散热器结构当中。但关于热管数值分析的方法研究却不多,未能有效的指导热管散热器结构设计。文章分析了热管导热的基本原理和内部结构,提出了一种适合热管传热数值分析的简化热传导仿真模型,将热管的复杂热特性用简化模型的当量热传导系数来表达,利用所提出的简化热传导仿真模型对一实际散热器进行分析、实验验证了该仿真结果,并讨论了热管导热效能必要条件。     

高热流密度电子元件中热管散热技术的进展

散热器的散热性能是影响电子元件使用寿命与安全性的重要因素,热管以其空间尺寸小、冷却能力高、无需消耗动力等优点在高热流密度元件的散热技术领域得到广泛应用.文中总结了热管散热器整体结构设计的创新尤其是热管的不同排布和组合,研究了热管元件性能的提高包括热管内部吸液芯的改进、复杂结构吸液芯的制造,分析了纳米流体工质的引入对换热效果的强化,介绍了散热器热性能分析和参数优化的相关方法.通过分析总结国内外研究成果,提出了新概念热管散热器的结构设计、纳米流体理论模型及复合吸液芯的加工制造等方面的发展趋势与展望.     

两种电子器件用重力型热管散热器的换热特性

鉴于重力型热管特有的优良特性,设计开发了两种结构形式不同的重力型热管散热器,以用于电子器件冷却.其冷凝段分别采用单根粗的或7根较细的热虹吸管,蒸发段都采用同样的平板容积型蒸发器.为了对散热器的传热性能进行研究,建立了风洞测试系统.实验用电加热模拟发热电子器件,在风洞中对不同加热功率和风速下散热器的性能进行了测试.从总热阻和当量对流换热系数两方面比较了两种散热器的散热能力.研究表明：两种散热器都具有良好的传热性能,在散热功率小于78.47 W时能够满足电子器件的冷却要求;采用7根较细热虹吸管的散热器比采用单根粗热虹吸管的散热器性能好,原因是7根较细的热虹吸管可以将热量分散开来,提高了翅片热效率.     

用于空调能量回收的板式脉动热管换热器

为提高脉动热管换热器在空调系统排风能量回收中的换热效率,提出了一种新型并联槽道板式脉动热管及由其组成的换热器。首先对单片热管在空调排风夏季工况下的能量回收情况进行了传热性能实验研究,影响因素包括槽道当量直径、充液率、工质种类、风速、风温、微倾角;然后对一组由7片热管顺排形成的板式脉动热管换热器的换热效率进行了计算。研究表明：新型板式脉动热管的适用工质为R141b,最佳充液率为25%;传热性能随新风温度及风速的升高而增强,新风、排风温差小于6℃时热管不启动;随风速增加,换热量增加,但换热效率有所降低;给定工况下板式脉动热管散热器的换热效率为44.1%;微倾角可使空调能量回收系统在保证良好换热效率的同时实现换季不换向,热管安装宜采用+2°左右的微倾角。     

多触点集成平板热管散热器的性能

提出了一种新型平板热管散热器,通过建立实验平台,研究了它在不同热源数量、不同的热源位置以及不同风速下的传热性能。实验表明,这种平板热管散热器散热量大,总热阻小,而且在热源数量增加时,最大传热量和最大散热能力增大,总热阻减小。在规定热源温度65 ℃以下时,其热传输量将近400 W,非常适合于高热流密度、多散热点的电子器件散热。     

基于热管技术的锂离子动力电池散热系统

基于对大功率锂离子动力电池温升和温度场分布的研究,设计了一种基于热管技术的锂离子动力电池散热模块。实验结果表明,采用所设计的散热模块能够有效降低电池壁面温度,使其壁面最高温度低于40℃,与无热管理条件相比降幅高达10℃,满足锂离子动力电池最佳工作温度范围。对散热模块与纯热管的散热性能进行对比,发现散热模块比单纯使用热管的散热效果和均温效果更好。此外,采用有限元模拟软件Fluent分析复合风冷翅片和U型热管模块蒸发段几何尺寸对散热模块性能的影响,发现复合风冷翅片能够有效提高模块散热性能以及不同的蒸发段几何分布会影响电池壁面温度和温度场分布。当U型热管蒸发段的垂直段和水平段长度比为1时,散热模块散热性能最好。     

高热流密度器件水冷散热器结构性能的实验研究

与平行流水冷散热相比,现阶段对喷射流水冷散热的研究报道较少。为了研究喷射流结构的散热效果,本文设计了两种喷射流结构的水冷散热器,搭建了以去离子水为冷却介质的液冷散热器实验台,调节实验的热流密度及冷却水流量在不同条件下观察芯片温度及散热器底板温度的变化,得到了不同热流密度下芯片温度、散热器底板温度及热阻随冷却水流量的变化规律。散热器内部针翅结构和冷却水流动方式的改变可使芯片温度降低5~8℃,散热器底板平均温度也相应降低4℃左右,且底板温度梯度较小。同时,热阻的变化随流量增大逐渐变缓,散热器结构改进使热阻减小了7%~8%。实验结果表明,改进结构的散热器能有效加强边角区域流体的扰动,提升散热器整体的换热效率,表明喷射流水冷散热是一种高效的散热方式。     

CPU芯片水冷散热器的数值模拟与分析

随着CUP芯片的高频高速化以及集成电路的小型化高密度装配,芯片的发热量也不断增大,其散热问题已经变得越来越突出,而水冷技术以其优越的散热效果在大型计算机CPU芯片冷却设备中得到广泛应用。在进行水冷散热器的结构设计时,由于流体流动空间小,运动比较复杂,常用的实验检测方法具有一定局限性。本文通过建立CPU芯片水冷式散热器的翅片式、翅柱式、交叉柱式三种结构的三维物理模型,进行了内部冷却水流动与传热的数值模拟计算和结果的可视化处理,得到了不同内部结构下散热器内冷却水的温度场分布,为散热器结构的优化设计提供了理论依据,并通过比较分析,得出翅柱式结构散热器的散热效果较好。     

基于热管的储能型热管理系统的实验探究

基于相变储能系统的储能及热管理性质,结合热管的热超导性与均温性,设计了一种耦合热管的储能型热管理装置。对装置在不同工况下进行测试,获得了装置各部分的温度分布及热管热阻变化。结果表明,引入储能模块可有效降低系统中热管热阻及蒸发端温度,保证了热管良好的均温性质,其中在20～160 W热输入区间测试时,添加储能单元的系统热管热阻降低了35.5%～44.5%,在80 W热输入时存在热阻最小值为0.053 91℃/W。通过对比装置不同放置角度下相变材料(PCM)熔化特性及热管性能发现,水平放置时自然对流影响更为显著,PCM熔化速率更快,熔化更均匀,储能装置中PCM储能效果更佳,系统热阻最小。同时,由于PCM存储了一部分输入热量,可达到一个优异的热管理效果,有效地提高了系统的稳定性及可靠性。     

用于天然气液化流程的组合式低温热管换热器的实验测试

撬装式液化天然气(LNG)流程要求设备紧凑,而传统换热器在减小其换热通道尺寸时会产生冻堵问题。热管极高的传热系数和良好的温度均一性,可以有效克服这种缺陷。根据小型天然气液化流程参数,设计制造了低温工质(丙烷、乙烷、甲烷等)重力热管换热器模块。实验结果显示,低温热管换热器在热通量为860 W·m^-2时,每排热管的平均换热效率为43.28%,414排热管换热器总体换热效率可达到99.68%,换热量满足小型LNG液化流程50000 m³·d^-1的处理量要求。并且在工况突变时,能够迅速将局部冷量均匀分布至所在迎风截面,防止高凝固点的杂质在通道内冻堵。     

数据中心冷却系统多级传热温差分析

数据中心冷却系统将IT器件的产热散发到室外环境中去要经过多级传热,本文采用与温差的方法对多级传热进行分析,结论如下：数据中心冷却为在一定温差ΔT驱动下利用载体将芯片散发的热量搬运到室外的过程,过程中存在着热量采集/传热温差ΔT₁损失以及冷源系统排热温差ΔT₂损失;通过减小芯片散热损失,降低气流掺混损失与换热器损失,降低总传热温差ΔT,实现空调系统充分利用自然冷源,运行在完全自然冷却区;当空调系统在完全自然冷却区域运行热管模式时,重力热管COP最高,液泵热管次之,一般高达40～80,甚至超过400,气泵热管最低,并且气泵是现有制冷压缩机COP最高点,可达15～30;当室内外温差小于ΔT₂时,利用补偿温差原理使得制冷循环更加接近热管循环,实现制冷系统最低能耗运行,为数据中心冷却系统节能减排优化提供新的方法。     

基于红外热成像的脉动热管运行及传热特性分析

基于红外热成像技术和高速可视化观测手段,得到了不同热负荷下脉动热管冷凝段表面的温度分布和管内工质的运行状态,分析了两者与热管传热性能间的内在联系。研究表明:随着热负荷的升高,工质准稳定运行状态依次呈现单管小幅脉动、管间大幅脉动和整管单向循环3种模式;冷凝段内主要出现泡状流和塞状流两种流型且离散气泡所占的份额逐渐减小;不同运行模式下工质能质输运强度的差异导致脉动热管冷凝段壁温分布各具特征;冷凝段表面的红外热图像可成为辨识管内工质运行状态和判断热管传热性能优劣的重要依据。     

高速飞行器燃油热管理系统飞行热航时

目前高速飞行器机载热负荷呈指数上升趋势,而由于气动加热作用,机身温度随航时增长也持续上升,这两者严重限制了高速飞行器的续航时间和电子设备的使用时长。燃油作为飞行器所必须携带的大比热容液体工质,是机载热沉的优选。燃油热沉利用会受气动加热、耗油量、飞行时长的综合影响。本文以机载燃油热沉为核心,研究高速飞行器燃油热管理系统参数设计对飞行热航时的影响。建立了燃油-消耗性冷却剂热利用系统的动态特性方程,并提出热航时的概念以衡量热负荷作用下燃油不发生超温的飞行时长,详细讨论了上述各影响因素与热利用系统参数对热航时的影响。上述研究可为高速飞行器热管理系统设计选型提供参考。     

超亲水微纳复合结构表面热沉强化润湿与传热实验

利用碱辅助的表面氧化法在紫铜微槽群热沉表面生成了氢氧化铜纳米棒阵列结构,制备出一种全新的超亲水微纳复合结构表面热沉。并以蒸馏水为液体工质,进行了纯蒸发条件下微槽群热沉、微纳复合结构表面热沉和超亲水微纳复合结构表面热沉的润湿及传热特性的对比实验研究。实验结果表明：氢氧化铜纳米棒阵列结构使得原始亲水表面的亲水性更好,随着表面纳米棒数量的不断增多,接触角不断减小,最低为9.5°,可以进一步形成超亲水微纳复合结构表面。与无纳米结构的微槽群热沉相比,在相同输入加热功率下,微纳复合槽群热沉具有更高的液体润湿高度和更好的传热性能,而超亲水微纳复合结构表面热沉的形成会进一步提高强化润湿和传热效果,相比于紫铜微槽群热沉,超亲水微纳复合结构表面热沉内液体的润湿高度提高了300%,表面温度降低了15℃左右。     

Thermal and hydrodynamic characteristics of constructal tree‐shaped minichannel heat sink

A three‐dimensional thermal and hydrodynamic model for constructal tree‐shaped minichannel heat sink is developed. The heat and fluid flow in the constructal heat sink with an inlet hydraulic diameter of 4 mm are numerically analyzed, taking into consideration conjugate heat transfer in the channel walls. The pressure drop, temperature uniformity, and coefficient of performance (COP) of the constructal tree‐shaped heat sink are evaluated and compared with those of the corresponding traditional serpentine flow pattern. The results indicate that the constructal tree‐shaped minichannel heat sinks have considerable advantages over the traditional serpentine flow patterns in both heat transfer and pressure drop. The strong and weak heat flow can be effectively allocated in tree‐shaped flow structures; hence, the inherent advantage of uniform temperature on the heating surface in the constructal tree‐shaped heat sink is demonstrated. And in tree‐shaped flow structures, the local pressure loss due to confluence flow is found to be larger than that due to diffluence flow. In addition, an aluminum constructal tree‐shaped minichannel heat sink is fabricated to conduct the verification experiment. The experimentally measured temperature distribution and pressure drop are in agreement with the numerical simulation, which verifies that the present model is reasonable. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2010     

动力电池热管冷却效果实验

基于对动力电池在大负荷运行模式下的产热行为分析,组装了一种采用热管式冷却的电池热管理系统。在空气自然对流、强制对流和热管冷却3种模式下,研究了电池模块中各电池在放电过程的温度变化趋势。结果表明,镍氢MH-Ni动力电池采用热管式冷却方式具有良好的冷却效果,可确保电池在最佳的工作温度范围内运行,并且具有拉平电池温度的能力。与自然冷却及强制对流冷却相比,在3728 mA电流放电情况下,热管冷却方式使电池温升最多可以降低10 ℃左右;持续放电8 min后电池温度也不超过43℃。     

3D printing of alumina ceramic heat sink with mini-channels for thermal management

Thermal management has become one of the most challenging issues for high-power, integrated, and miniaturized electronic devices. In this paper, an alumina ceramic heat sink with mini-channels was fabricated using a digital light processing 3D printing technology. Microstructures of the ceramic were investigated by scanning electron microscopy. A proper flow rate of water in the mini-channels was figured out for efficient cooling by infrared thermal imaging and micro-thermocouple characterizations. The ceramic heat sink was further integrated with a high-power laser diode module; cooling performance was evaluated by investigating the thermal resistance of the ceramic heat sink and the optoelectronic property of the laser diode module. Results indicated that the laser diode module could be operated at high driving power of 115.6 W. This study provided a new strategy for a highly efficient thermal management of electronic devices and highlighted the technical potential of ceramic heat sink with more compact coolant channels.