大功率LED液冷热沉结构与换热效果研究EI北大核心CSCD

为了更好设计LED液冷换热热沉,提高大功率LED热沉的综合换热性能,模拟计算了三种结构热沉的LED芯片最高结温和器件热阻,运用场协同原理分析了不同LED热沉结构的换热原理,以及努塞尔数和摩擦因子随雷诺数的变化规律;并用强化传热因子来表述换热能力和流动阻力的综合换热效果。结果表明,运用30°角矩形翅片的LED结温和器件热阻最低,换热能力最好;菱形翅片次之,垂直平行翅片最差。30°角矩形翅片和菱形翅片由于倾斜角的存在,在增加换热能力的同时也增加了流动阻力;综合分析换热能力和流动阻力,菱形翅片的综合换热性能最好。     

多孔金属布置对热沉传热特性影响的数值研究

本文基于传统微通道热沉的物理模型,建立了完全填充、三角形填充、梯形填充、渐扩梯形填充及底层填充5种不同几何布置形态的多孔金属微通道热沉的数值模型。在层流流动的范围内,对不同布置形态多孔金属微通道热沉的阻力系数、平均Nu数、热阻、有效温控系数及能效因子等相关参数进行了数值研究,并应用场协同原理对多孔金属强化微通道的换热性能进行了分析。结果表明:微通道热沉中填充多孔金属后可显著改善速度场与温度场之间的协同性,填充不同多孔金属布置形态的微通道热沉可使平均协同角减小9.6°~23.2°左右;5种不同多孔金属布置形态的热沉中,完全填充热沉的热阻最小,冷却效果最好;等泵功情况下,当Re数大于150时,完全填充和梯形填充热沉的综合换热性能均优于传统微通道。     

波纹翅片开设涡发生器强化传热数值模拟

在波纹翅片上开设矩形翼和组合翼纵向涡发生器,采用数值模拟的方法分析其强化换热特性,分析辅翼的几何尺寸,包括辅翼攻角、长度和宽度等对换热增强比Nu/Nu_0以及综合强化换热因子(Nu/Nu_0)/(f/f_0)~(1/3)的影响。结果发现:矩形翼和组合翼能显著增强波纹翅片的对流换热;由于开设纵向涡发生器后使流动阻力增加,综合强化换热因子小于换热增强比;组合翼的换热增强比和综合强化换热因子均大于矩形翼;对于组合翼,随着辅翼攻角、辅翼长度或辅翼宽度的增加,换热增强比和综合强化换热因子均增加。     

椭圆形百叶窗翅片传热强化数值分析

提出了一种新型椭圆形百叶窗翅片,采用CFD方法对其阻力特性及传热特性进行了模拟研究,并与传统矩形百叶窗翅片进行比较,分析了雷诺数对两种结构内流体的流动与传热性能的影响,同时对两种结构内流场与温度场的协同性也进行了研究。结果表明:新提出的椭圆形百叶窗翅片与矩形百叶窗翅片相比,阻力因子f降低了16%~20%,传热因子j提高了5%~7%,且雷诺数Re在225.7~451.3范围内,椭圆形翅片综合评价因子j/f1/3比矩形百叶窗翅片的提高了11%~15%,且椭圆形百叶窗翅片的速度与温度场的协同性优于矩形百叶窗翅片,椭圆形百叶窗翅片的综合换热性能高于矩形百叶窗翅片。     

连续变攻角百叶窗翅片的传热及流动特性

为获得较好性能的强化传热翅片,在百叶窗翅片的基础上,提出4种不同连续递增或递减攻角的百叶窗翅片,并对其传热及流动特性进行研究。不同翅片的攻角分别为:LF1+2°(22°,24°,26°,28°,30°,28°,26°,24°,22°),LF2+3°(18°,21°,24°,27°,30°,27°,24°,21°,18°),LF3 0°(攻角均为30°),LF4-3°(30°,27°,24°,21°,18°,21°,24°,27°,30°),LF5-2°(30°,28°,26°,24°,22°,24°,26°,28°,30°)。计算结果显示,虽然连续变攻角百叶窗翅片的换热性能略低于固定攻角的百叶窗翅片,但其流动阻力大大降低,综合性能更好。说明在相同的压降下,连续变攻角百叶窗翅片的换热性能更好。在Re=408~1230时,LF2和LF4的综合性能最好。     

翅片厚度对平行流蒸发器传热与流动性能的影响

基于某车用空调多元平行流蒸发器,以平行流蒸发器的百叶窗翅片为研究对象,利用ANSYS 15.0软件对百叶窗翅片模型进行数值模拟,研究探索百叶窗翅片厚度对平行流蒸发器传热与流动性能的影响,并分别对其五种结构在不同雷诺数Re_(LP)时的传热与流动性能进行了综合评价分析。将数值模拟结果与经验关联式进行对比,传热因子j与阻力特性f因子的最大误差分别为12.16%和5.29%,满足实际工程误差允许范围。结果表明:在雷诺数ReLP不变时,换热系数与压降均随着百叶窗翅片厚度的增加而增大;采用综合评价因子j/f~(1/3)分析得出,A型结构翅片综合性能最好,能够有效强化空气侧换热、提高系统的换热能力,其研究结果可为百叶窗翅片结构优化提供参考依据。     

套片式翅片管换热器传热与空气流动阻力性能试验研究

为了研究改变翅片材料对套片式翅片管换热器性能的影响,分别对采用铝翅片和黄铜翅片的套片式翅片管换热器(结构参数基本相同)进行传热特性与空气流动阻力特性的试验。试验得到了试件在一系列试验工况下的传热数据与管外空气流动阻力数据,通过计算得出了相应的传热准则关系式与管外空气流动阻力准则关系式,绘制了传热系数和管外空气流动阻力的有关图线。结果表明:黄铜翅片套片式换热器与铝翅片套片式换热器相比,换热性能优势明显,其原因主要是铝材比铜材软,与铜管胀接后的接触热阻大,因此换热性能更弱。     

基于开缝基板的大功率LED散热性能研究

为了实现大功率多芯片LED的芯片直装散热(COH)封装的高效散热,提出了一种开缝基板的新型散热结构,并运用Icepak仿真软件模拟分析了在自然对流下不同缝间距对结温、热阻、流场分布和换热特性的影响。结果表明,开缝基板能有效改善流场分布,提高表面换热系数,增加散热性能。在传导和对流的双重作用下,存在最佳缝间距使结温和热阻最低,输入功率为1 W时,结温和热阻分别降低3.2K和1.01K/W。随芯片输入功率的增加,开缝基板的散热效果愈发明显。同时,开缝基板的提出也节省了器件封装成本。     

基于遗传算法的百叶窗翅片换热器多目标优化

为减小平行流换热器空气侧热阻,本文采用Ansys Workbench软件对百叶窗翅片式换热器进行多目标优化。在翅片厚度l_d分别取1、0.5 mm时,同时改变翅片间距f_d和百叶窗角度q,设定阻力因子f最小、传热因子j最大为优化目标。结果表明:翅片厚度l_d=1 mm时最优结构为θ=29.75°、f_d/2=0.979 1 mm,最大综合性能因子JF为0.067 1;翅片厚度l_d=0.5 mm时最优结构θ=25.65°、f_d/2=0.69 mm,最大综合性能因子JF为0.067 5。     

板式换热器强化传热数值研究及热阻分析

以工业广泛使用的板式换热器为研究对象,模拟了人字型波纹板片和凹坑型板片内的流动和换热,得到了平均努塞尔数Nu、阻力系数和综合传热性能因子随雷诺数Re的变化,分析了凹坑深度对换热性能的影响。相同工况下,人字比凹坑型板片的换热效果好但阻力大,故后者综合性能更优。相同来流速度下,凹坑深度越小,综合传热性能越优。同时,对凹坑板式换热器的热阻分析表明,换热温差给定时,热阻越小,换热量越大,因此热阻也可以评价板式换热器的性能。     

热管换热器用于LED冷却系统的实验研究

研发了一系列将发光二极管(LED)散热与热管传热相结合的用于大功率LED冷却的热管散热器,并对其传热性能进行了实验研究。结果表明,该系列热管散热器具有良好的散热能力,能将节点温度控制在70℃以下,满足了大功率LED对结点温度的控制要求;实验结果还表明,翅片结构不同,换热器散热能力明显不同,所研发系列异形翅片热管换热器的散热能力明显高于目前常用的普通矩形翅片热管换热器,其中以外翻形翅片热管换热器散热能力最好;还研究了热管换热器工作倾角对其散热能力的影响,并给出了热管排布数量、翅片材质及结构对换热器散热性能、换热装置体积、成本及质量的影响。     

圆翅片叉排热管散热器流动和传热特性数值分析

文中针对三维坐标系下,圆翅片叉排热管散热器的流动和传热特性进行数值模拟研究。分析了三个主要影响因素:翅片间距、翅片厚度和排间距对平均换热系数、流动摩擦系数和热阻的影响。翅片间距分别为6mm、7mm和8mm,翅片厚度分别为0.8mm、1mm和1.2mm,排间距分别为21.7mm、23mm和24.3mm。模拟结果表明:随着迎面风速增加,摩擦系数减小,传热热阻减小;随着翅片厚度的增加,摩擦系数减小、换热能力增强,热阻在大Re时增大明显。随着翅片间距的增大,摩擦系数增大,换热能力提高,热阻增大;随着排间距的增大,摩擦系数在正三角形管排布时的值上下变动,且只有排间距显著增大时,换热能力和热阻才会增大。     

基于拉曼热测量技术的铜基复合物法兰GaN基晶体管的热阻分析

采用拉曼热测量技术结合有限元热仿真模型,分析比较新型铜/石墨复合物法兰封装与传统铜钼法兰封装的GaN器件的结温与热阻,发现前者的整体热阻比铜钼法兰器件的整体热阻低18.7%,器件内部各层材料的温度分布显示铜/石墨复合物法兰在器件中的热阻占比相比铜钼法兰在器件中的热阻占比低13%,这证明使用高热导率铜/石墨复合物法兰封装提高GaN器件热扩散性能的有效性.通过对两种GaN器件热阻占比的测量与分析,发现除了封装法兰以外,热阻占比最高的是GaN外延与衬底材料之间的界面热阻,降低界面热阻是进一步提高器件热性能的关键.同时,详细阐述了使用拉曼光热技术测量GaN器件结温和热阻的原理和过程,展示了拉曼光热技术作为一种GaN器件热特性表征方法的有效性.     

多孔材料微通道流动沸腾可视化实验研究

微通道换热器因其结构紧凑、换热能力高、工质消耗少等优点成为解决微小空间"散热难"问题的有效途径之一,采用多孔材料制作的微通道热沉能够极大地增加换热面体比,因而可以进一步提高其换热能力.本文利用可视化手段对槽道翅片顶部与盖板间留有狭缝、通道截面为矩形(400 μm×600 μm)的开放型多孔微通道的流动沸腾现象进行实验研...     

C-mount封装激光器热特性分析与热沉结构优化研究

为了降低单管半导体激光器的结温、提高器件的散热效果,基于C-mount热沉的热特性分析提出了一种优化的台阶热沉结构,研究了单管激光器结温和腔面侧向温度分布曲线的影响。在热沉温度298 K和连续输出功率10 W的条件下,腔长为1.5 mm的典型C-mount封装结构激光器的结温为343.6 K,热阻为4.6 K/W。通过在典型C-mount热沉中引入台阶结构,使封装激光器的结温降低为333.8 K,热阻减小到3.5 K/W。计算表明,其输出功率可提高近20%。     

一种错列布孔型百叶窗翅片换热器的数值模拟

提出一种错列布孔型百叶窗翅片结构,通过CFD方法对其进行模拟计算,得到翅片的换热因子及阻力因子随雷诺数的变化规律,且通过试验和经验公式的方式分别进行了验证.将其与传统百叶窗结构的性能进行比较,结果发现:这种错列布孔结构的翅片在雷诺数150～400时,换热因子较传统百叶窗翅片提高了10％～24％,阻力因子提高了1％ ～2％,换热器的综合性能提高了9％ ～23％,错列布孔型百叶窗结构的综合性能优于传统百叶窗结构.计算结果为进一步研究高效百叶窗翅片换热器提供了参考依据.     

流体横掠方形微针肋阵列热沉的传热特性

本文以去离子水为冷却工质,对流体横向冲刷方形微针肋阵列热沉的传热特性进行了实验研究.结果表明流体横掠微针肋热沉具有优越的换热特性.实验得出,冷却液的雷诺数对热沉的换热性能影响显著;总热阻随着泵功的增大而降低;对流换热热阻在总热阻中所占比例较小,流体吸热焓变热阻成为影响热沉性能的主导因素.     

多管排大管径翅管式换热器传热与阻力特性的试验研究

为考察不同翅片型式对空气侧强化传热的影响,对12排分别带平直、开缝、纵向涡、开缝与纵向涡混合、圆形共5个翅片型式的翅片管换热器元件空气侧的传热及阻力性能进行了试验研究,并在相同质量流木结流量、相同压降及相同泵功率下进行了综合性能评价.在三种比较准则下,圆形翅片的换热综合性能最差,开缝与纵向涡混合翅片的换热综合性能比纵向涡翅片的好,而当Re数较大时开缝翅片的换热综合效果最好.在试验的Re数范围内针对各个试件整理出了传热和阻力的经验关联式,为相关的理论研究和工程应用提供了参考.     

纳米流体微通道流动换热数值模拟研究

采用计算流体动力学方法,对两种不同浓度的水-Al2O3纳米流体以及五种不同高宽比的微通道热沉的流动换热特性开展了数值模拟研究.结果 表明,提高纳米颗粒体积分数可降低流固换热面的平均温度,从而提升纳米流体的换热能力,但同时也会显著提升系统的泵功率;通过改变微通道高宽比可有效提升热沉的换热能力,增大高宽比能够有效降低热沉受热面平均温度,且不会使得流动阻力损失显著增加;在所研究的参数范围内,微通道热沉高宽比存在最优值,当高宽比超过30时,换热系数不随高宽比增加而进一步提高.     

多芯片LED器件热学特性分析

由于芯片之间存在的热耦合效应,多芯片LED器件内部存在复杂热学规律。本文通过多芯片LED热学模型描述多芯片LED器件系统内部热阻支路路径,进而通过有限体积数值计算多芯片LED器件结温。通过本文试验验证,单颗芯片、2颗芯片、3颗芯片以及4颗芯片在负载不同电功率（0.3~1.2 W）情况下,结温的测试值和计算值的最小误差值为0.8%,最大误差值为6.8%,平均误差值为3.4%,计算结果与测试结果基本保持一致,因此有利论证了多芯片LED热学模型可为评价多芯片LED器件热学性能提供重要的参考作用,有助于更全面分析多芯片LED热阻内部芯片之间的热耦合效应。该实验结果为准确预测多芯片LED器件内部结温提供了重要理论依据。