均温板复合微通道液冷板的设计与性能研究

为解决高功耗和高热流密度芯片的散热问题,设计了一款新组合形态的液冷板——均温板(Vapor Chamber,VC)复合微通道液冷板。首先介绍了均温板复合微通道液冷板的设计方法,接着开展了仿真评估,最后进行了测试及回归分析。测试结果表明：VC复合微通道冷板能解决单芯片功耗650 W、热流密度100 W/cm²的散热问题,此时VC复合微通道液冷板底面温度为63.3^?C,热阻只有2.815E-2^?C/W。同时,在一定范围内,随着热源功耗的增加,液冷板热阻减小,散热效果提升。     

高效热扩展技术在干式T/R组件散热中的对比研究

T/R组件散热是有源相控阵雷达领域的重要课题,大功耗、高热流密度器件在冷板上会形成局部热障,产生扩展热阻。文中以干式风冷T/R组件散热为研究对象,采用三维数值模拟方法对铝冷板、金刚石/铜、热管及蒸汽腔等高效热扩展技术进行了对比研究,探讨了导热系数、冷板厚度、对流换热系数对扩展热阻的影响规律。结果表明,提高冷板的等效换热系数是减小扩展热阻、强化传热最有效的途径之一。同时合理优化冷板厚度及散热器对流换热系数能有效降低高热流密度器件的工作温度。     

机载电子设备BGA封装热设计

由于表贴器件制造公差的影响,器件与冷板间的接触热阻无法有效控制。器件上方直接安装散热冷板的方法不能满足大热耗BGA封装器件的散热要求。介绍一种“活塞”式导热组件,充分考虑了上述因素,有效控制了器件与冷板间热阻。经过理论计算和实验验证,能够满足较大热耗器件在密封机载电子设备内的散热要求。     

基于分形理论的电主轴系统热态分布特性研究

分形理论中的Weierstrass-Mandelbrot(W-M)函数描述了微观接触表面的连续性、自相似性、自亲和性等数学特性,能够很好地考虑三种变形状态(弹性,弹塑性和塑性状态)下圆弧接触面之间的接触热阻.以分形理论为基础建立了电主轴系统的热阻网络模型,对电主轴系统的热态分布特性进行了相关研究.分别列出了电主轴系统的关键节点热平衡方程,分析节点的稳态和瞬态温度.分形参数识别试验和热传导试验验证了圆弧形接触面间接触热阻的准确性,电主轴系统的温升试验验证了热阻网络模型的准确性.结果 表明:电主轴系统各部件的温度在一定时间内迅速上升后趋于稳定;同时,分形维数D的升高将导致节点温度的降低;分形幅度系数G的升高会导致电主轴系统温度的升高.     

多结构形式小通道液冷板散热性能对比研究

小通道冷板作为一种有效的热控装置,已被广泛应用于高热流密度电子器件的热管理领域。文中以通道特征尺寸为2 mm 的串行、并行以及射流冲击/小通道混合液冷板为研究对象,旨在获取这3种结构形式冷板的极限散热能力和流动阻力损失的差异。研究结果表明：在相同冷却工质流量条件下,3种冷板的散热功率由大到小依次为串行通道、并行通道、射流冲击/小通道混合液冷板;串行通道冷板的板内阻力损失明显大于其余两者;在综合考虑压力损失和散热性能的基础上,根据不同热源热流密度条件选择合适的冷板结构,有望满足特定应用的需求。该研究可供小通道液冷板的设计和优化参考。     

液冷冷板散热翅片形状与排布研究

针对密集多热源电子设备发热量大散热困难的问题,设计了一种带翅片的液冷冷板。采用理论计算与ICEPAK热仿真结合的分析方法,研究了7种带有不同形状、不同排布方式的翅片的冷板,对冷板及冷板上热源的温度情况,冷板内流道中冷却液的流动情况进行分析,并通过试验的方法对仿真结果加以验证。研究表明:具有交错排列的菱形翅片冷板可以有效地防止冷板流道内形成流动边界层,破坏长距离流动形成"入口效应",与其他形式翅片冷板相比具有更好的散热性能;随着冷却液流量的增加,交错排列菱形翅片冷板的散热性能优势更突出。     

微通道冷板在有源相控阵天线上的应用

由于相控阵雷达热流密度的不断增长和较高的可靠性要求,其冷却技术也面临着极大的挑战,微通道散热技术成为应对这一挑战的新方法。文中分析了矩形微通道冷板的高宽比、通道宽度、流体入口速度和温度对其换热特性的影响,在此基础上得出矩形微通道冷板的一组最佳结构参数。相控阵雷达微通道冷板和普通S型冷板的散热效果比较表明,微通道冷板能更高效地对相控阵雷达进行散热,为相控阵雷达散热提供了一种新方法。     

接触热阻在电子设备热仿真分析中的影响

在自然散热的电子设备热仿真设计中,往往忽略了机箱导轨与模块冷板之间的接触热阻。文中通过不完全贴合接触面热阻预计模型对电子设备内导轨和冷板之间的热阻值进行计算,然后在热仿真分析中添加该接触热阻值,通过对比测试板上温度、传统仿真温度值、试验测试温度值进行对比,进而分析接触热阻对电子设备热仿真的影响情况     

微/小通道冷板在某型相控阵天线上的对比分析

微通道换热是近年来电子机械工程抗恶劣环境研究的热点之一。由于其具有良好的换热特性,现在逐渐被应用于高热流密度电子设备的冷却散热系统设计之中。相控阵天线具有热源集中、热流密度极高等特点。文中将新型微通道冷板与某型相控阵天线进行有机结合,提出了一种新的相控阵天线冷却方式。同时,通过基于有限体积法的仿真分析表明,微通道冷板相较于小通道冷板更有利于控制天线中T/R模块的温度。     

某数字T/R组件微通道液冷冷板的热设计

文中针对某大功率数字T/R组件局部热流密度较高的特点,提出了微通道散热模块与蛇形流道相结合的散热方式,设计了带有微通道模块的液冷冷板,通过仿真分析优化了微通道模块的几何参数,并验证了液冷冷板的散热效果。结果表明：微通道模块对散热效果改善明显,可保障电子元件工作在允许的温度范围内。该设计方式值得在局部热流密度过高的液冷冷板设计中推广应用。     

冷板温度分布的新算法

以往,冷板的温度计算是以等温体来进行的。由于冷板的温度分布受热载荷分布的影响,且冷板材料的导热系数值并不是无穷大,因此在热量的传递过程中存在一定的温度降落,这就使等温的简化计算结果与实际情况有所差别。本文根据有限差分及热阻网络的原理,借助于计算机,对非等温冷板的温度分布进行计算,实验结果表明,本方法较一般将冷板作为等温体的处理方法,更符合工程实际情况。文中还提出了单向负热阻的新概念,解决了管内流动流体传热热阻的等效问题。     

某机载雷达的结构及散热设计

文中针对机载电子设备的环境特点,开展了密闭式机箱的热设计工作,重点在于降低插件导冷板的板内横向传导热阻和机箱侧壁风道的对流热阻.仿真分析和试验测试均证实,热设计能够保证机箱内电子设备在高温工况下正常工作.在密闭式机箱散热过程中,冷却空气与电子器件不直接接触,因而在解决散热问题的同时,也提高了机箱的环境适应性,尤其适用于机载电子设备.而人工石墨贴片则适用于以导热为主要散热措施的场合,用于解决集中热源的散热问题.     

基于正交试验的液冷板散热性能的研究

根据电子设备工作时局部热耗过大的状况,设计了小通道液冷冷板。利用ICEPAK仿真软件,分别对小通道冷板和普通S型流道冷板进行散热性能研究,研究发现小通道冷板的散热效果明显优于普通S型流道冷板。对小通道结构参数（肋片间距、厚度）及进口处流量进行单因素分析,研究其对冷板散热性能的影响。通过正交试验的极差分析,各因素的影响顺序为：进口流量>肋片厚度>肋片间距。该分析结果为高功耗电子设备的散热设计提供理论参考。     

某微通道液冷板的性能分析与优化

针对电子设备工作时局部温度过高问题,提出了翅柱与流道相结合的结构设计。分别将平行四边形翅柱、沙漏型翅柱、双层平行四边形翅柱内置于流道中,保证相同的流道截面积、冷却液进口流量与温度,借助仿真软件ICEPAK分别对这三种液冷板的散热性能进行仿真分析,并利用试验来加以验证仿真结果的可靠性。结果表明：三种优化后的冷板散热性能都优于常规通道冷板。其中,平行四边形翅柱冷板散热性能最差;双层平行四边形翅柱冷板散热性能最好,但流阻较大;沙漏型翅柱冷板散热性能适中,流阻明显小于前两者。     

QSFP+光收发模块的热设计研究

QSFP+光收发模块作为有源光器件中的重要组成部分,在宽带通信网络领域占有非常重要的地位.随着光网络信息容量激增,QSFP+光收发模块的速率逐步提高,其热流密度逐渐增大,模块的散热性能成为制约其进一步发展的重要因素.文中通过分析QSFP+光模块的热传递路径,建立了光模块的热模型,采用仿真分析的方法得出不同材料、接触热阻以及发热器件布局对光模块温度场的影响.结果表明,通过减小接触热阻、提高材料的导热系数、缩短发热器件与散热片之间的距离可以有效提高光模块的散热性能.     

封装壳体对高功率器件散热特性影响研究

:针对 Ｔ／Ｒ组件典型封装结构，分析了冷板构型和壳体厚度等参数对组件热性能的影响。结果 表明，当壳体厚度大于１．５ｍｍ 时，当壳体热阻成为影响散热的主要因素，且通过加入高导热材料可以有效 提升芯片和组件的散热能力。     

新型阵列喷射冲击间接液体冷却冷板实验研究

针对现有液体喷射冲击冷却研究存在的不足,设计了一种新型阵列喷射冲击间接液体冷却冷板,并对冷板进行了一系列实验。实验结果表明,冷板总热阻随着喷射速度增大而减小,但减小的趋势逐渐变缓,冷板进出口压差随着喷射速度的增大而升高,升高的速度逐渐加快;冷板总热阻随着喷射孔径的增大而增大,进出口压差随着喷射孔径的增大而减小,相对较优的喷射孔径为Φ0.5mm和Φ0.6mm。实验结果还显示喷射冷板的热阻明显小于普通冷板,这说明喷射冷板的冷却性能要优于普通冷板。     

空气射流泠板的设计和试验研究

高度集成、小型化使得微型芯片的热流密度越来越高,需要寻找一种高效的散热方式来解决芯片的热问题。射流冲击冷却对于局部散热效果甚好,文中基于空气对热源的射流冲击原理,针对电子设备的芯片散热设计了空气射流冷板,对影响冷板换热系数的主要因素进行了模拟计算,优化了设计模型,并对两种冲击孔径的冷板试验件进行了试验研究。     

大功率LED照明灯散热路径温度场及发光效率研究

针对大功率LED照明灯(以下简称LED灯)内、外热传导路径的温度分布进行了热模拟分析,开发出4种大功率LED灯。通过对4种LED灯PN结导出端温度和散热片平均温度、散热结构的散热表面积及光通量的测量,并经由热阻及温度场模拟研究,得出了散热表面积和PN结温度、热阻以及发光效率间的关系。研究结果表明,大功率LED灯的热阻很大程度上取决于外部装置,设计合理的外部散热结构增大散热表面积,可以有效地降低PN结温度和LED灯的热阻,从而提高大功率LED灯的发光效率及使用寿命。     

基于热网络法的电主轴热结构耦合计算

为了更准确地对电主轴系统进行温度场的预测,建立了综合考虑接触热阻、轴承热变形和气隙变化等因素影响的热网络模型和热结构耦合热网络瞬态温度平衡方程(简称热平衡方程)。首先计算了接触热阻、轴承热变形、电机的定子与转子由于热变形导致的气隙变化以及电机与轴承的生热;然后选择电主轴主要部件作为温度节点,建立了电主轴系统的热网络模型及热平衡方程;最终通过MATLAB软件编程进行热平衡方程的求解,得到电主轴各主要部件的瞬态温度变化情况,通过不断更新接触热阻、轴承生热和电机生热等热特性参数,对电主轴进行温度和结构变形的耦合计算。计算结果表明:在达到平衡状态前,电主轴运转的时间越长,轴承的温度越高,轴承生热功率越低;电机温度随对流换热系数增高而降低;考虑热特性参数变化的热计算所得到的结果更加准确。通过与相同条件下的热结构耦合仿真结果进行对比表明,该热网络瞬态温度模型(热网络模型)可以正确预测温度场分布。