电子器件冷却用重力型热管散热器的实验研究

用发热铜块模拟电子器件 ,油泵回路控制风温 ,毕托管和倾斜式微压计测量风速等方法 ,建立了热管型散热器性能测试系统。对所设计的重力型热管电子器件散热器 ,通过改变散热功率、风速、风温等因素来测试电子器件表面温度的变化。实验结果表明 :重力型热管散热器具有良好的散热性能 ,可满足较高热流密度 (小于 8.5 6× 1 0 4 w/m2 )电子器件的冷却要求。性能测试系统具有良好的精度和可靠性 。

电子器件相变储能冷却的试验研究

针对高热耗、较低热流密度、短时工作平台的散热需求,研究了相变储能冷却技术在该类平台上的应用,并针对相变材料导热较差的特点,对增强相变材料的导热性进行了试验研究。结果表明,针对该类平台的应用,相变储能冷却技术具有非常广阔的前景,为相似电子器件的散热问题提供参考。

射流冲击泡沫金属强化电子器件冷却的实验研究

实验研究射流冲击泡沫金属的强化传热在电子器件冷却中的作用,分析热流密度、传热面与喷射气流温度差、喷射速度和喷嘴距泡沫金属上表面的高度等因素对传热特性的影响。在泡沫金属材质为铜,孔隙率为0.96,喷嘴宽度为0.5cm的情况下,喷嘴距泡沫金属上表面高度越低和喷射速度越大,泡沫金属的传热效果越明显,冷却效果越显著,并对实验数据,进行最小二乘法拟合,得到相应的拟合方程式。该文的分析结果,可为射流冲击泡沫金属强化传热技术的应用提供一定指导和借鉴。

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78·47W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.

离散发热器件基于(火积)耗散率最小和最高温度最小的构形优化比较

建立了导热基座上圆柱体离散发热器件的三维湍流散热模型,基于构形理论,考虑空气变物性及可压缩性和黏性耗散,研究了器件材料的热导率、热源强度和流体流速对器件最高温度、基于(火积)耗散定义的当量热阻和平均Nu数的影响.结果表明:在总发热功率一定的条件下,以器件最高温度和当量热阻为性能指标进行热设计,均存在最优热源强度分布使得散热性能最优.当各热源强度相同且热源热导率小于基座热导率时,提高热源热导率可明显改善散热性能;将热源热导率沿流动方向从低到高布置可降低器件最高温度,而将热源热导率均匀布置可使当量热阻最小.所得结果可为实际热设计中不同材质和不同发热率的电子器件最优布置提供理论支撑.

射流通道内方柱发热器件的几何设计

基于构形理论,建立了二维射流通道内导热基座上方柱离散热源的散热优化模型.给定离散热源的总纵截面面积和热源高度为约束条件,以系统最高温度和熵产率为优化目标,以各热源的长度比为优化变量进行了几何设计,并分析了射流速度和热源间距对热源最优构形的影响.当射流速度和热源间距给定时,均存在最优长度比使系统最高温度和熵产率最低,但对应不同射流速度和热源间距的最优长度比不同.研究结果可为方柱发热器件的热设计提供理论指导.

水平柱群通道全氟己酮过冷沸腾传热特性研究

为提升散热量不断增加的电力电子器件冷却系统的高效换热能力,提出采用全氟己酮为工质的水平双直角五边形肋柱通道流动沸腾换热系统对其进行冷却。通过实验的方法制作了入口当量直径为3.81 mm的五边形柱群通道结构,对通道内流动沸腾的平均及沿程换热特性展开了研究,实验工况如下:壁面热流密度为50~400 kW·m^(-2),入口流速为0.1~0.9 m·s^(-1),入口过冷度为15~35℃。结果表明:当热流密度低于100 kW·m-2时,单相对流占主导,增加流速与过冷度能够明显促进壁温降低;当热流密度高于200 kW·m^(-2)时,沸腾吸热占主导,增加流速与过冷度时壁温的降低幅度不明显;在热流密度为400 kW·m^(-2)、过冷度为15℃的工况下,柱群通道的平均传热系数最高;通道沿流向的局部传热系数总体呈现上升趋势,随着热流密度的增大、流速与过冷度的降低,通道出口传热系数相比进口的增长更加显著,此时通道内流体沿流向的沸腾剧烈程度发展速度更快、通道出口的沸腾程度更剧烈。该研究可为水平柱群通道内流动沸腾传热的最佳工况设计提供理论基础。

单侧内肋阵微通道复合热沉构形优化设计及遗传算法比较分析

[目的]旨在通过构形优化设计提高电子设备的热管理技术水平。[方法]在约束肋片体积占比和相对位置的条件下,建立微通道复合热沉的三维流动和传热数值模型,以热沉固体区域温度梯度均匀性因子最小化为目标,分别采用穷举法和遗传算法对肋片高宽比h/w及肋片间距ε进行构形优化设计。[结果]结果显示,采用穷举法和遗传算法均能得到热沉固体区域温度梯度均匀性因子的最小值以及对应的最优构形,且温度梯度均匀性相比无肋微通道热沉,最高可提高13.30%;采用穷举法和10种配置遗传算法方案所得目标函数最小值之间的误差最大不超过0.92%。[结论]所做研究可为电子设备散热器的研发提供新的优化设计结果。

波纹壁树状微通道圆盘热沉的构形设计

[目的]为了满足船舶与水下航行器等对电子器件高效热管理的需求,开展波纹壁树状微通道圆盘热沉的构形设计研究。[方法]提出波纹壁树状微通道圆盘热沉的设计原型,基于构形理论,在给定热沉体积和液冷微通道体积的约束条件下,以综合考虑传热和流动压降的复合性能指标(PEC)最大化为目标,对波纹壁的振幅和波长进行构形设计。[结果]结果表明:与直通道热沉相比,波纹壁能增大换热表面积,且凹穴处能够产生涡,因而能够有效降低最高温度。当入口雷诺数为700,900或1100,增大波纹壁的振幅时,热沉最高温度降低了13.5 K,但是压降损失明显增大;减小波纹壁的波长,热沉最高温度降低了4.7 K,压降损失增幅较小;在给定波长较大时,均存在最优振幅使复合性能指标取得极大值;在给定波长较小时,随着振幅的增加,复合性能指标单调递增。[结论]波纹壁能够显著提升树状微通道圆盘热沉的传热性能。通过构形设计能够获得复合性能最佳的最优几何结构。

重力型热管散热器传热特性的实验研究

选择水作为工质,通过确定蒸发段和冷凝段的结构尺寸,设计研制了电子器件重力型热管散热器,建立了其传热性能测试实验平台,测试了在不同散热功率、进口风温和进口风速下热源表面的温度,比较并分析了测试结果.研究表明,重力型热管散热器具有良好的散热性能,可满足较高热流密度电子器件的冷却要求.性能测试台是改进散热器设计的重要手段,测试系统风速、风温及散热功率稳定,能达到设计时所要求的精度,为进一步研究重力型热管散热器的传热性能提供了实验基础.

栅格式方孔翅片自然对流换热的数值模拟

为改善电子器件的散热情况,提出了一种新型结构的栅格式方孔翅片,并对其在自然对流条件下的散热特性进行了研究。利用正交试验法和Fluent数值模拟,模拟了102种不同翅片高度与间距比H/S、不同孔边长与翅片厚度比b/δ的散热情况。研究得到:大空间自散热条件下,H/S=2、b/δ=0～4时的Gr-Nu的关系图;有限空间散热条件下,b/δ=1.5、H/S=1～16/3时的Gr-Nu的关系图。结果表明,格栅式方孔翅片可以改善电子器件的散热,并为LED照明等电子器件散热设计提供新的思路和理论依据。

热管散热器在大功率LED路灯中的应用研究

针对大功率LED路灯的热管散热器散热性能进行了实验和数值研究。首先,利用红外测温技术,对120W大功率LED路灯灯壳及热管散热器表面温度进行了测量,测试结果表明,热管散热器温度分布较均匀,平均温度在38℃左右;热管散热技术是大功率LED路灯散热问题的有效解决办法。其次,建立相应的三维数学模型并求得数值解,数值解与实验结果符合较好,证明数学模型的正确性。最后根据数值计算结果,讨论了优化热管散热器散热性能的思路及方法。

多孔铜微通道复合热沉最大热阻最小化构形设计

为改善高热流密度器件的散热,建立了多孔铜微通道复合热沉模型,以最大热阻最小为优化目标、热沉单元端面纵横比和热沉整体长宽比为优化变量,开展了多孔铜微通道复合热沉构形设计研究。结果表明:优化热沉单元端面纵横比,增大冷却剂入口Re数和减小热流密度可显著降低最大热阻;最大热阻随着热沉单元端面纵横比的增大而减小,随热沉整体长宽比的增大而增大;当热沉单元端面纵横比和热沉整体长宽比均较小时,消耗的泵功率较少。

自然对流条件下圆柱体热源构形研究

建立了三维圆柱体热源的自然对流散热模型,以最高温度最小化为目标,开展了自然对流散热条件下圆柱体热源构形研究。结果表明热源的最高温度随着热源半径的增大先上升后下降,存在一个临界半径使其达到最大值;最高温度随热源位置从左端口到右端口的移动先下降后上升,在通道中心处取得最小值;最高温度随着热源和基座导热系数的提高均不断下降。论文研究结果可为电子器件的热设计提供理论支撑。

碳氟液冷机组工程设计探索

该文旨在探索使用碳氟液体进行载冷循环的液体冷却机组的设计方法。该系统具有流量、压力和温度的监控。由于碳氟液体具有较好的性能,未来会越来越广泛的应用于电子元器件的散热冷却。

一种芯片散热型热管的强化传热研究

用CFD软件分析电子元件散热问题的求解模型,并给出了相应模型的求解结果。介绍了一种芯片散热型热管——集成热管散热器。通过改变风速、工质工作温度、翅片节距等因素来测试散热器压阻和总散热量的变化,并与相关实验结果进行了比较。仿真结果与实验结果相当吻合。分析结果表明:集成热管散热器具有良好的散热性能,在风扇风量为0.0115m3/s时,就完全可以把功率在140W以上的CPU表面温度降至45℃以下,可满足高热流密度电子器件的冷却要求。

工质回流式微通道圆盘热沉的热有效性构形研究

建立了圆心回流式微通道圆盘热沉的三维模型,基于构形理论,考虑粘性耗散,研究了在层流流动范围内质量流率、热流密度和微通道分支数对圆心回流式微通道圆盘热沉压降、最高温度和热有效性的影响。数值计算结果表明:随着质量流率的增大,热沉压降逐渐增大,且增大幅度逐渐加大,最高温度和热有效性逐渐减小,但减小趋势逐渐趋缓;随着热流密度的增大,热沉压降基本保持不变,最高温度和热有效性近似呈线性增长;不同质量流率和不同热流密度条件下,均是微通道分支数越多,热沉压降和最高温度越小,热有效性越高,热沉整体传热性能越好。所得结果可为工质回流式微通道圆盘热沉的实际热设计提供理论支撑。

高热流密度回流式圆盘热沉构形设计中的应力-形变分析

采用圆心回流式微通道圆盘热沉三维模型,基于构形理论,考虑粘性耗散,研究在层流流动范围内质量流率、热流密度和微通道分支数对热沉最大热应力和最大热应变的影响。结果表明:随着质量流率的增大,热沉的最大热应力和最大形变均逐渐降低,但降低效果有所减弱;随着热流密度的增大,热沉的最大热应力和最大形变均近似呈线性增长;在相同质量流率和热流密度条件下,均是微通道分支数越多,最大热应力和最大形变越小,但微通道分支数由6增大到8对最大形变的影响相对较小。所得结果可为微通道圆盘热沉的实际热设计提供理论依据。

多孔侧肋双层微通道热沉构形优化

建立了多孔侧肋双层微通道复合热沉模型,选取最大热阻最小化为优化目标、热沉单元端面纵横比为优化变量,在热沉总体积和流体区域体积占比给定的条件下,对复合热沉进行了构形优化,并分析了冷却剂入口速度、多孔材料孔隙率、上下通道高度比、流体区域体积占比、肋厚比等参数对热沉最优构形的影响。结果表明:给定初始条件,优化热沉单元端面纵横比,可使最大热阻减小21.19%;在热沉单元端面纵横比较小时,减小孔隙率有利于降低最大热阻,而在热沉单元端面纵横比较大时,存在最优的孔隙率使得最大热阻最小;上下通道高度比和肋厚比的改变均未影响热沉最优构形。

新型金属泡沫-微柱群复合热沉内流动传热性能分析

高效热管理技术是大功率微电子设备安全运行的可靠保障。为进一步强化高功率电子器件的冷却效果,本文提出了一种新型泡沫铝-微柱群复合热沉结构。采用实验和数值模拟相结合的方法对新型水冷泡沫铝-微柱群复合热沉内的流场分布、壁面温度分布、阻力系数、换热性能及柱鳍与泡沫铝间的耦合传热规律等开展了深入分析。研究结果表明,与传统微柱群热沉相比,20PPI泡沫铝-微柱群复合热沉的壁面最高温度大幅降低,平均换热性能提升了33.9%~41.5%。然而,微柱群内填充泡沫铝却导致流动阻力增大,增加了7.9~10.5倍。泡沫铝-微柱群复合热沉的强化换热机理为:微柱群热沉内填充高热导率泡沫铝提升了热沉整体的有效导热性能,热量可通过金属泡沫固体骨架迅速传递,同时多孔界面较强的传热能力能够保证热量及时被冷却流体散除。本文相关研究成果可为高热流密度电子器件散热装置的研发提供理论指导。