高性能热管散热器的实验研究与数值模拟

针对大型计算机服务器CPU的热控制,对三种不同热管排布方式进行了热扩散特性实验研究和计算。其中包括:CPU热扩散板冷却温度的比较、散热器总热阻的计算分析以及热扩散板与散热器底板的最优面积比等。实验研究表明:采用非对称U型和"工"型热管散热器,在最大热流密度为74.3W/cm~2时可以保证芯片正常工作;热管合理的排布以及设计热扩散板与热管散热器底板的最佳面积比可以有效改善散热器底板材质的导热性能。研究结果对于大型计算机服务器芯片的热控制提供科学的理论依据。     

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。     

一种新型热管冷却单节的传热性能研究

针对目前内燃机车高温水散热器存在的弊端,结合热管技术的优点,设计出一种新型的热管式散热器,并利用Huent模拟软件对其冷却单节的传热性能进行研究.     

集成热管散热器的试验研究与数值模拟

设计了一种用于CPU冷却的集成热管散热器,介绍了其结构特点。通过试验对集成热管散热器和AVC全铜散热器的传热性能进行了比较,并对集成热管散热器的温度场分布进行了测试。采用STAR-CD软件对散热器外部的传热与流动进行数值模拟分析,并试验验证了数值模拟结果的真实性,从而为进一步研究改进集成热管散热器提供了参考依据。!     

高热流密度器件热控制实验研究

高热流密度热控制或高性能服务器的冷却处理方式已受到广泛关注,其CPU散热量持续增高导致了能量分布的不均匀.本文对计算机服务器CPU的耗能量、冷却效果等进行了实验研究.提出通过采用导热板扩大CPU散热面积,以及采用高导热相变设备,如新型热管式散热器来解决高热流密度器件能耗的处理办法.研究结果证实,对高热流密度器件依靠增大外界气流的速度来改善散热器的冷却性能并不明显,采用高效热管散热器强化芯片传热可满足大型计算机服务器CPU的冷却要求.     

翅片中带有热管的散热器数值模拟和实验研究

CPU温度的持续增高导致了能量分布不均匀,所以高热流密度热控制或大型服务器的冷却处理方式成为研究的热点。文中研究了翅片中带有热管的散热器,对其温度分布进行了数值模拟和实验研究分析,并与物理模型相同散热较好的平板型热管散热器进行了比较。结果表明:翅片中带有热管的散热器不仅可以提高散热器的传热温差,加强了散热底板的均温效果,而且使得翅片散热得到强化,更有效地降低了CPU的中心温度。     

两种高性能芯片散热器换热性能比较研究

大型计算机服务器的CPU作为高热流密度器件的典型代表,其冷却问题至关重要,为提高对CPU芯片的冷却效率而提出了一种冷凝段带有翅片的热管型散热器。利用自建实验台,在相同的工况条件下与效能较高的平板式热管散热器进行了对比实验研究。通过散热器总热阻、扩散热阻的实验对比和数值分析认为:在服务器空间条件允许情况下,这种带有强化换热的新型散热器更能满足大型计算机CPU的冷却要求。     

CPU热管散热器的实验研究

为探究热管散热器的散热性能,选取使用热管数量分别为两根、四根、六根的三种重力式热管散热器为研究对象进行实验。这三种热管散热器热管与翅片的结构型式相同,翅化比均接近13.5,因此具有较高的可比性。在风速为1.7 m/s的工况下,测得了两热管散热器最大散热功率为78 W,总热阻为0.57 K/W;四热管散热器最大散热功率为116 W,总热阻为0.36 K/W;六热管散热器最大散热功率为240 W,总热阻为0.19 K/W。六管散热器蒸发端与冷凝端均温性较好,三种热管散热器达到热平衡的时间约为17 min。     

用于芯片冷却的重力式热管散热器实验研究

高热流密度CPU芯片的散热问题已成为令人属目的热点,本文提出一种重力式热管散热器用于计算机基板CPU的散热。在不同风速、不同热流密度条件下,对其散热性能进行了实验研究,从散热器总热阻方面与平卧式热管散热器进行对比分析。结果表明在热流密度为72 W/cm~2,风速在3.8 m/s时,CPU芯片温度可以维持正常工作范围,此时散热器总热阻仅为0.118 K/W。     

周期性分流微通道的结构设计及散热性能

微通道散热器在集成电路中具有重要应用,但目前传统的长直微通道散热过程导致温度不均匀,散热效率较低.本文设计了一种周期性分流微结构并与传统微通道进行集成,实现了一种高效率的周期性分流微通道散热器.基于以上周期性分流微通道,系统研究了单根微通道内微结构数目、微结构的排布方式及结构参数对其散热性能的影响.结果表明,引入的分流微结构可增大换热面积、打破原有层流边界层、促进冷/热冷却液混合、显著改善微通道散热性能.在100 W/cm2的热流密度下,入口端冷却液流速为1.18 m/s时,单根微通道内引入9组微结构后,其最高温度下降约24 K,热阻下降约44%,努塞尔数增大约124%,整体传热性能(PEC)达1.465.进一步地,微结构采用交错渐变的周期排布方式,沿流动方向逐渐变宽的扰流元使得冷却液被充分利用,减少了高/低温区的存在且缓解了散热面沿流动方向存在的温度梯度,压降损失相较于均匀排布也有一定程度的降低,有效提升了散热效率.本文提出的周期性分流微通道将在大功率集成电路及电子冷却领域中具有广阔的应用前景.     

补偿腔支路对环路热管传热性能影响的实验研究

在环路热管系统工作中,存在因补偿腔温度过高而造成的蒸发器烧干现象。在常规环路热管系统中设计了补偿腔支路,以带走热源向补偿腔传递的径向热量,并对设计的环路热管系统进行实验测试,分析补偿腔支路对环路热管传热特性的影响。实验结果表明:补偿腔支路开启后,在热流密度14 W/cm²时,系统稳定启动所需时间从4 min减少到3 min,表明系统稳定启动所需时间减小,有利于快速启动;在热流密度18 W/cm²下,对应的壁面温度从88.2℃降至85.4℃,系统热阻从0.56 K/W减小到了0.49 K/W,表明系统所能承受的最大热流密度更大,系统热阻也更低,因此系统的传热性能更好。     

振荡流热管换热器的数值模拟及场协同分析

振荡流热管是一种新型高效传热元件,本文采用数值模拟的方法研究了振荡流热管换热器内的流动与换热情况,并结合场协同理论分析了换热器内管子排列方式、热风进口温度和进口流量对振荡流热管换热器换热情况的影响。模拟结果显示,换热器内管子叉排排列方式的换热效果优于顺排方式,热风进口流量对换热器内温差场均匀性影响较大,而热风进口温度对温差场均匀性影响较小。这些结果对振荡流热管换热器的设计具有一定的指导意义。     

分离式螺旋热管在蓄冷系统的换热特性分析

阐述了分离式螺旋热管的换热特性,并提出了将螺旋热管应用于蓄冷系统的新方案。建立了分离式螺旋热管的换热模型,分析了热流密度、充液率以及几何尺寸对螺旋热管管内换热的影响,为螺旋热管结构的优化以及在蓄冷系统的应用提供了理论依据。     

Heat transfer and Marangoni flow in a circular heat pipe using self-rewetting fluids

In this study, Marangoni flow and heat transfer enhancement in a heat pipe have been investigated. The experiments were carried out at different heat inputs. A constant temperature water bath was used at the condenser section at three temperature levels. Heat transfer coefficients and thermal resistances of the heat pipe were measured for pure water and water/butanol solutions. The experimental results confirmed that the heat pipe filled with butanol solutions showed better thermal performance than the water-filled heat pipe. At maximum heat flux, 25% heat transfer improvement was obtained when 7 wt% butanol solution was used instead of pure water.     

影响热虹吸管运行性能的参数分析

依据热力学第二定律,在分析热管运行过程的基础上,建立了热管工质循环过程的T-S熵分析模型,对热管稳态运行时的几何参数和工质流体热物性参数进行分析,推导得出了热管设计和成功运行的基本条件,热管的结构参数组必须大于工质的热物性参数和封装材料组,二者相容才能建立热管的热力循环。用试验结果验证了此结论。所推导的方程对于一定结构的热管提供了一个设计和运行的指导准则,并且与传热率无关,不管热流多大热管结构参数必须和材料相容。     

Flow patterns and heat-transfer characteristics of a top heat mode closed-loop oscillating heat pipe with check valves (THMCLOHP/CV)

The aim of this research was to investigate the flow patterns and heat transfer of a top heat mode closed-loop oscillating heat pipe with check valves (THMCLOHP/CV). In this study, the heat pipe was made of a high-quality glass capillary tube with an inner diameter of 2.4 mm bent into 10 meandering turns. The number of check valves was 2 and the tube was filled with R141b at a filling ratio of 50% of internal volume of the tube. The combined lengths of the evaporator, adiabatic and condenser sections were equal to 50 mm. The pipe was operated at the top heat mode, and the angles of inclination were 20°, 40°, 60°, 80°, and 90°. The heat applied at the evaporator section was controlled at 85°Cto 105°C, and 125°C. The results show that in the evaporator section, bubbles are produced and grow as a result of the continuous nucleate boiling. They coalesced and their volume expanded. Similarly, in the condenser section the vapor plug condensate caused the bubbles to collapse and accumulate as a liquid mass at the lower section of the U-bend tube. A new slug then developed and the bubbles coalesced in an upward flow. Heat flux increased when the evaporator temperature and inclination angle increased causing the average length of the vapor plug to decrease and the average velocity of vapor plug to increase. The maximum heat flux occurred at an evaporator temperature of 125°C and an inclination angle of minus 90°.     

基于热阻网络的大功率LED热管散热研究

LED结温高一直是大功率LED发展的技术瓶颈,随着单位热流密度的不断攀升,在自然冷却条件下,单纯的直肋热沉散热方式已不能满足散热要求。应用热管技术设计了热管散热系统,对该系统的传热机理和传热路线进行分析,建立该系统对应的热网络模型,对各部分热阻进行分析与计算,求得总的理论总热阻,计算得出理论结温;同时应用有限元方法对该系统进行仿真分析,对LED模块（0.025 m0.025 m0.005 m）输入30 W 电功率,得出其仿真结温稳定在58.19℃,满足结温小于65℃的要求,说明应用热管的散热系统满足设计要求。由热阻网络模型计算得出的理论结温为57.43℃,与仿真结果相差0.76℃,其误差仅为1.31％,验证了理论分析计算的正确性,对实际工程中热设计具有指导意义。     

螺旋管内超临界氮的对流换热研究

在内径为2mm曲率为0.057的螺旋管内进行了超临界氮的对流换热实验,研究探讨了螺旋管入口温度、壁面热流密度对沿程壁面温度分布以及平均换热系数的影响,与前人关于螺旋管内常规流体流动换热的平均Nu的经验关系式进行了比较。并基于FLUENT软件进行了数值计算,并与实验结果进行了比较。分析表明,数值计算对壁面温度的预测有一定的适用性。     

动态冰浆传热特性的研究

动态冰浆由于具有较强的蓄能和传热能力,日益受到人们的重视。文中建立了动态冰浆传热特性的数理模型,并利用已知的载流溶液和冰晶的物性参数,得到了动态冰浆在水平直管、等热流加热条件下的传热系数,根据计算结果,分析了传热系数随着冰浆浓度的变化的规律和冰浆流速和管径对动态冰浆传热性能的影响。     

新型沟槽道微热管散热性能实验研究

微热管以其效率高、响应快且无能耗,在高功率集成微电子散热方面应用广泛。针对电子器件的小型化、高能耗发展趋势,本文提出一种新型沟槽道微热管结构,对该沟槽道微热管进行稳态和瞬态热性能实验研究,研究了风速、角度、加热功率等因素对该新型热管的热性能影响规律。结果表明,该微热管在整个散热器传热上起主导作用,性能比达到0.88,冷凝端温差为0.8℃,具有良好的均温性,该微热管加热功率为140 W,空气流速1.5 m/s时,换热系数可达2 359 W/(m^2·℃),热阻为0.27℃/W;高功率状态下可保持良好的热扩散性能,有效避免微热管的热应力集中,有望高效解决集成电子器件的散热问题。