孙玮[1]2003年在《热管型电子器件散热器的数值模拟和实验研究》文中研究表明随着电子元器件的集成化程度越来越高，散热问题已成为制约电子技术发展的主要因素之一。由于电子器件散热技术研究的日益重要，本文首先对电子器件散热技术及热管型电子器件散热器的国内外研究和发展现状进行了综述，并在此基础上对热管型电子器件散热器进行了数值模拟和实验研究。 根据电子器件的运行工况，建立了散热器性能测试系统，并对所设计的不同型式的热管型电子器件散热器进行了在不同工况下的性能实验，比较了在热流密度、风速、风温等实验工况发生改变的情况下各型式的热管型电子器件散热器中电子器件表面温度的变化规律。 根据实验结果分析，本文以结构简单而且散热效果好的D型热管散热器为研究重点，建立了比较完整的热管型电子器件散热器的理论模型。模型分为叁个部分：模拟电子器件发热的铜块、具有高传热能力的重力热管以及套在重力热管冷凝段外用于强化散热的环状肋片。将数值模拟的计算结果中有关电子器件表面温度随各种工况的改变而发生变化的情况同实验部分的结果进行比较，可以看到二者有较好的吻合，表明所建立的模型和选用的计算方法是合理的。 在证实了本理论模型是合理的基础上，本文根据所建立的模型进行了一系列的数值模拟计算，分析了热管型电子器件散热器的结构尺寸(蒸发段和冷凝段的长度比、肋片的高度等)变化对发热器件表面温度的影响，得到了蒸发段和冷凝段的最佳长度比。 本文还对热管型电子器件散热器各个传热环节的热阻进行了数值计算，通过各热阻大小的比较，从理论上提出了强化传热的一系列措施。
田金颖[2]2008年在《CPU热管散热器的实验研究与数值模拟》文中研究指明随着电子技术的迅猛发展,芯片的集成度、封装密度以及其工作时钟频率的不断提高,单个芯片的所需功率加大。而设备紧凑化结构的设计要求又使得散热更加困难,因而迫切需要采用高效散热技术来解决此问题,这也是国内外该领域众所关心的一个重要课题之一。本论文以日本某公司最新冷却技术为依托,针对计算机芯片的冷却散热展开了一系列的实验研究。对叁种不同形式的散热器(铝质散热器、热管散热器、平板热管散热器)进行了实验研究和数值模拟,并对散热器底面进行了传热效果优化分析,通过提高散热器底面的热扩散能力改善散热效率,提高冷却能力。本文根据芯片散热的实际应用背景,确定了CPU冷却方案,建立了计算机CPU模拟热源的物理模型。并根据设计方案搭建了“高热流密度器件散热性能研究实验台”,对几种类型的电子器件散热器进行了不同加热功率和风速条件下的散热性能测试,获得了不同工况下电子器件散热器的性能参数。根据实验数据,对其中叁种散热器的散热冷却特性进行了比较分析。包括CPU模拟热源变化、散热器扩散热阻、散热热阻、当量导热系数以及风压受风量条件变化的影响。同时根据实验结果拟合出U型热管散热器和平板型热管散热器的当量导热系数及风压的求解解析式。在实验研究的基础上,通过应用FLUNENT、ICEPAK等计算软件依据实际散热器为物理模型,进行数学建模,确定边界条件对不同风道流通状况和传热性能进行数值模拟计算分析,由此对散热器的散热特性进行定量化研究。为高热流密度电子器件在不同发热功率、不同换热环境等条件下,热管散热器的选择或冷却方案提供理论基础和数据依据。为了对数值模拟的结果进行实验验证,用热像仪获取散热器温度分布的红外图像进行了对比,证实计算结果与实验测试基本吻合,验证了数值模拟方法的可靠性。本文最后对热管散热器底面导热情况进行了优化分析。通过改变导热系数以及扩大模拟芯片尺寸等来进一步改善CPU冷却散热器的散热效果,得到了一些有价值的结论,这对高热流密度电子器件强化换热技术有一定的指导意义。
孙志坚[3]2007年在《电子器件回路型热管散热器的数值模拟与试验研究》文中研究说明随着电子器件发热量的增加与尺寸的减小，散热问题日益严重地影响到电子器件的性能、可靠性和使用寿命。为解决高热流密度电子器件的散热要求，确保其工作在正常的温度范围内，本文对回路型热管技术应用于电子器件冷却进行了一系列探索性的研究。回路型重力热管不使用毛细结构，工质沸腾和冷凝传递热量后依靠重力自然回流，结构简单、加工方便，是解决高热流密度电子器件散热的重要手段之一。通过分析回路型重力热管散热器结构和管内流动的复杂性，着重对蒸发段内部的沸腾传热特性进行了数值模拟。建立了回路型重力热管散热器蒸发段传热特性的理论计算模型，详细分析了控制方程、边界条件和物性参数等的确定以及这些确定条件在软件中的实现方法等。具体计算和分析了蒸发饱和温度t_s、散热功率Q和充液量L等主要设计参数对蒸发段底面温度分布和蒸发段内部沸腾传热特性的影响，对用槽道强化蒸发段底面沸腾换热也做了初步的数值计算和分析。数值模拟结果为回路型重力热管散热器的设计提供了理论依据，避免了实验的盲目性和经验理论指导的不准确性。通过设计合理的模拟电子器件发热元件及工况条件，建立了一个研究回路型重力热管散热器传热特性的实验装置。对回路型热管散热器在不同散热功率、不同冷凝器冷却水进口温度时的传热特性做了实验。在通过对比验证数值模拟计算结果和实验结果可靠性的基础上，整理得到回路型热管散热器蒸发段平均沸腾换热系数h的参数关联式为：h=C_1t_s~(3.520)Q~(0.009)L~(0.662)，式中C_1=4.730×10~(-4)W~(0.881)/mm~(2.662)·℃~(4.520)。建立了重力型热管散热器的性能测试系统和回路型热管散热器传热特性实验装置，为开展进一步的研究工作提供了良好的实验基础；开发的回路型热管散热器优化设计软件解决了众多设计参数对散热器性能复杂的影响关系，试验表明研制的回路型热管散热器可满足小型计算机服务器的散热要求。研制的四种不同结构型式的重力型热管散热器，已作为相关企业新产品开发设计的依据。
王雪峰[4]2005年在《回路型重力热管散热器沸腾传热的实验研究及数值分析》文中提出电子技术迅速发展,电子器件的高频、高速以及集成电路的密集和小型化,散热问题已成为制约电子技术发展的主要因素之一。由于电子器件散热技术研究的日益重要,本文首先回顾了目前热管散热器的研究与进展,并在此基础上对回路型重力热管散热器沸腾传热进行了实验研究和数值分析。 通过设计合理的模拟电子器件发热元件及工况条件,建立了一个回路型重力热管散热器传热特性的实验装置,按功能可分为加热系统、真空系统、测温系统、水路系统和冷却系统。本文主要对电子器件散热时蒸发器的传热特性进行了实验研究,结果表明:在相同的冷却水进口温度下,随着散热功率的增大,发热元件的温度随着升高,蒸发器内底面的温度和蒸发器内液体的饱和温度也相应的变大,各点温度接近线性的关系变化;冷凝器的冷却能力影响蒸发器内工质的饱和温度;实验规律与理论分析符合较好,具有一定的可靠性。 数值计算部分,是对回路型重力热管蒸发器部分进行分析计算,首先作了一些基本假设和对问题进行简化,建立合适的物理模型,然后对能量方程、动量方程、连续性方程等进行离散,用Fluent软件数值计算分析表明:回路型重力热管蒸发器内的流动和传热问题,Mixture Model是一个比较理想的模型;发热元件表面散热功率对蒸发器的传热特性有较大的影响,若蒸发器内饱和温度保持不变,随着发热元件表面热流密度的提高,蒸发器内部的最低温度基本一致。 最后将计算的结果与实验的结果进行了比较,实验值和计算值的最低温度非常接近,最高温度相差较大,进一步的数值计算应根据实验确定其边界条件,有关结论可作为热管散热器优化设计的参考依据。
喜娜[5]2005年在《CPU集成热管散热器的研究》文中提出随着CPU的集成度和性能的不断提高和它的物理尺寸的不断减少,CPU热流密度急剧增加,然而传统冷却CPU的风冷散热方式正趋于散热极限,CPU散热问题已成为制约计算机发展的主要因素之一,目前已经成为流体力学和传热学的重要研究领域之一。因此,作为相变的传热设备的热管具有极高的导热性、优良的等温性、高散热效率和良好的环境适应性等特点,它可以在非常小的温差下可以有效地传递很高的热量,很适合高热流密度情况下散热。目前已经广泛应用于CPU散热领域,开发出了热管散热器、蒸汽腔散热器等多种两相散热元件。 本文首先对CPU散热技术及热管型CPU散热器的国内外研究和发展现状进行了综述:结合热管散热器和蒸汽腔散热器的特点提出了具有散热效率高、结构紧凑、接触热阻小、重量轻、成本低等特点的CPU集成热管散热器的设计理念,并简单介绍了热管的工作原理;根据当前CPU常用散热器的实际运行情况以及常用的评测散热器性能参数,建立了散热器性能测试试验台;对设计出的CPU集成热管器件散热器的流动与传热性能以及均温性进行了测试;比较分析了在不同散热功率、风速、倾斜角等试验工况下散热器的传热性能的变化规律。应用商业软件Star-CD对CPU集成热管散热器的外部流场和传热特性进行了数值模拟,将数值模拟结果和试验结果对比,验证了所提出的数值计算方法是可靠和可行的;利用此数值模拟方法对CPU集成热管散热器在不同散热翅片间距、厚度和气流速度下散热器的流动与传热性能进行了数值计算,分析了这些参数的变化对散热器传热性能的影响;针对未来CPU冷却的要求,确定了与最优气体流速匹配的最佳翅片间距、厚度的CPU集成热管散热器的新结构;利用试验评测了根据数值模拟提供的新结构开发出的新CPU集成热管散热器的传热性能;最后在场协同强化传热的理论的基础上,对CPU集成热管散热器的散热翅片错位排列来强化散热器的散热,满足未来大功率、多热源的电子元件的散热,为今后进一步优化散热器提供了依据。
田金颖, 牛建会[6]2010年在《新型热管电子器件散热器的实验研究和数值模拟》文中指出随着电力电子技术的不断发展,高热流密度器件热控制问题以及出现的热流分布不均匀的现象,是电子电器设备亟待解决的关键技术。热管作为高效传热元件,已经广泛应用于电子器件的散热技术研究中。本文对新型平板式热管散热器进行了数值模拟和实验研究。根据电子器件的运行工况,建立了散热器性能测试系统,并对平板热管型电子器件散热器进行了在不同工况下的性能实验。结果表明采用平板热管散热器可以有效提高CPU芯片的散热性能,芯片发热量在160W后为其最佳工作状态。同时用数值模拟方法对平板热管散热器底面的导热效果进行了优化设计,通过改变导热系数以及扩大模拟芯片尺寸来达到改善CPU冷却散热器的散热效果的目的,并得到了一些有价值的结论,这对改进管散热器的散热效果有一定的指导意义。
李艳红[7]2010年在《CPU热柱散热器的实验研究及流场和温度场的数值模拟》文中指出目前,随着电子技术的快速发展,计算机的运用越来越普及,大家的日常生活和工作与计算机联系得越来越紧密,同时大家也对计算机的稳定性、实用性、集成性等方面提出了更高的要求。这使得CPU芯片的集成度不断地提高,单个芯片的功率也在不断增加,发热量惊人上升。CPU的工作温度直接关系到计算机的稳定性和使用寿命。温度升高会使计算机运行速度下降,有时会使计算机出现死机甚至芯片烧毁等,解决CPU散热问题非常迫切。而采用高效散热性能的CPU散热器是降低CPU温度的有效途径之一。本文对目前市场上的一款特殊的放射状翅片CPU热柱散热器作为研究对象,对该散热器进行实验研究和流场及温度场的数值模拟,分析其综合散热性能。同时,为以后CPU散热器的热设计提供参考。本文首先对热柱的工作原理及特点进行了分析,讨论了热柱散热器相对于传统实体铜柱散热器散热方式所存在的优势。并推导出热柱散热器的总传热模型,找出了影响散热的关键因素。同时,搭建了实验测试装置,对热柱散热器进行了测试实验,研究其在不同工况下散热器的散热性能。得到了热柱的整体温度分布图以及散热器在不同风速、不同加热功率下的散热性能曲线,总结出功率和风速的改变对发热芯片表面温度的影响。运用FLUENT软件,对不同工况下的散热器进行了流场及温度场的模拟分析,得到散热器流场及温度场的具体分布情况。并将模拟所得结果与实验所得结果进行比较分析,以此验证了实验测试装置的可行性和FLUENT软件在CPU散热器热设计中的可靠性。结果表明,与同等尺寸下的铜柱散热器相比较,在相同工况条件下,热柱散热器能带走更多的热量,使CPU的表面温度降的更低,并且对CPU热源具有良好的均热效果。热柱散热器不仅能将热量更快地传到整个散热器,而且将热量更均匀地分布在较大散热面积上,充分发挥每个翅片的散热作用,使散热器在冷却气流较小的情况下,也可以较好地满足CPU芯片的散热需求,可以有效解决风扇高转速带来的噪音问题。
陈慧雁[8]2004年在《高热流密度相变均热板传热特性的理论研究》文中研究指明本文对电子器件散热技术和热管型电子器件散热器的研究现状进行了综述，重点介绍了均热板热管的相关理论及其应用现状。在建立高热流密度相变均热板传热模型的基础上，通过对能量方程的离散和边界条件的设定，应用Fluent计算软件，采用数值计算的方法对均热板底板的传热特性进行了分析。数值计算结果表明，均热板底板各截面的温度分布规律符合理论分析的结论。 为了考察各种因素对相变均热板传热特性的影响，本文求解了叁种结构尺寸(长×宽×高：65×65×1.5mm，80×80×1.5mm，100×100×1.5mm)的均热板在热源位置、加热功率和饱和温度分别变化时底板上的温度场。根据数值计算的结果分析各种工况对底板温度场的影响，得出最高温度T_(max)和底板最大温差△T随输入热量和饱和温度变化的关系曲线，热源位置对温度场分布的影响等结论，并提出了元器件在底板上的优化布置方案，为均热板的实际应用和进一步的研究提供理论参考。 本文还对发热元件与均热板各个传热环节的热阻进行了计算，对各热阻的大小进行了分析比较，并针对热阻较大的环节提出了强化传热的措施，以达到更好的换热效果。
王雪峰, 孙志坚, 吴存真, 靳静, 王立新[9]2004年在《电子器件冷却用重力型热管散热器的实验研究》文中进行了进一步梳理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 ,可以作为改进散热器设计的重要手段
勾昱君[10]2014年在《大功率LED热管散热器传热强化研究》文中指出近年来，随着大功率LED灯件的出现和超高集成度电子元器件向高频、高速和微型化快速发展，LED及电子元器件的发热量越来越大，热流密度和表面温度越来越高，影响了器件的可靠性和使用寿命，对散热提出了更高的要求。翅片式热管散热器具有高导热率、结构紧凑、不需要额外功耗等优点，被认为是解决芯片散热问题的先进技术之一，具有广阔的应用前景。因此，对翅片式热管散热器及其传热特性进行开发和研究，不仅具有重要的实际意义，也同时具有重大的理论与学术价值。影响芯片散热的另一个主要因素是热界面材料的性能，它是连接芯片与外部散热装置的关键环节，制约着整个散热系统性能的好坏。本文对翅片式热管散热器传热强化和热界面材料改性技术进行了系统深入的理论与实验研究，研发了高性能的翅片式热管散热器和以纳米材料作为导热添加剂的热界面材料。主要工作包括：以强化传热的理论为指导，结合热管换热的工作原理，设计了一系列异型翅片式热管散热器，翅片形状分别为菱形、开孔形和切割外翻型。实验结果表明，叁种结构的散热器散热性能比传统矩形翅片结构明显提高，热阻减小，其中以切割外翻形翅片结构散热性能最好，从流体力学原理、边界层理论以及场协同理论等不同角度对以上结构散热器散热性能提高的原因进行了分析，并将实验测得的翅片温度分布与模拟结果进行了对比；系统研究了工作倾角、热管数量、翅片材质、环境温度和输入功率等因素对热管散热器性能的影响。热界面材料导热强化研究。热界面材料良好的导热性能是减小接触热阻的关键因素之一，为了改善其导热性能，选取了纳米铜粉、纳米碳粉、碳纳米管和石墨烯片作为添加剂添加到普通导热硅脂中，通过实验测试了它们对导热硅脂导热性能的影响。研究了添加剂体积分数对硅脂传热性能的影响，结果表明体积分数较小（小于60%）时，随着添加剂添加量的增加，复合硅脂的等效导热系数增大，但超过一定的添加比例后，再增大添加剂添加量，等效导热系数反而迅速减小。其中，碳纳米管和石墨烯添加剂添加使复合硅脂导热性能出现转折所对应的添加剂体积分数最小，有效的范围最窄。但是，在较低的添加剂体积分数下，碳纳米管和石墨烯添加剂比碳粉和铜粉强化导热硅脂导热性能的效果更明显，其等效导热系数明显大于碳粉和铜粉添加剂。添加量低对于导热硅脂的改性是非常重要的，可以减少材料用量，降低成本。将实验结果与已有的传热模型预测值进行了比较，并对产生偏差的原因进行了理论分析。碳纳米管添加剂对导热硅脂性能影响的研究。系统研究了碳纳米管管壁结构、直径、长度及表面改性对导热硅脂传热性能的影响。实验结果表明复合硅脂的等效导热系数随着碳纳米管管壁数的增加、直径的增大和长度的增加而减小。为了减弱碳管团聚现象，改善其在聚合物中的分散性能，对不同长度的碳管表面进行了化学修饰，通过强酸或强碱作用，使碳管表面附有一定的功能基团。实验结果表明，经过表面改性的碳纳米管添加于硅脂中，可以明显改善导热硅脂的导热性能。最后，研究了接触压力对添加不同成分碳纳米管的导热硅脂导热性能的影响，并给出了理论分析。
参考文献：
[1]. 热管型电子器件散热器的数值模拟和实验研究[D]. 孙玮. 浙江大学. 2003
[2]. CPU热管散热器的实验研究与数值模拟[D]. 田金颖. 天津商业大学. 2008
[3]. 电子器件回路型热管散热器的数值模拟与试验研究[D]. 孙志坚. 浙江大学. 2007
[4]. 回路型重力热管散热器沸腾传热的实验研究及数值分析[D]. 王雪峰. 浙江大学. 2005
[5]. CPU集成热管散热器的研究[D]. 喜娜. 大连理工大学. 2005
[6]. 新型热管电子器件散热器的实验研究和数值模拟[J]. 田金颖, 牛建会. 制冷. 2010
[7]. CPU热柱散热器的实验研究及流场和温度场的数值模拟[D]. 李艳红. 湘潭大学. 2010
[8]. 高热流密度相变均热板传热特性的理论研究[D]. 陈慧雁. 浙江大学. 2004
[9]. 电子器件冷却用重力型热管散热器的实验研究[J]. 王雪峰, 孙志坚, 吴存真, 靳静, 王立新. 电子器件. 2004
[10]. 大功率LED热管散热器传热强化研究[D]. 勾昱君. 北京工业大学. 2014