电子器件冷却用散热器的结构形式与研究进展
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液冷散热器在电子设备中的应用研究第一章:引言随着科技的不断进步和电子设备的迅猛发展,电子设备的性能提升日益迅速。
然而,高性能带来的一个致命问题就是散热困境。
在这种情况下,液冷散热器应运而生,成为应对电子设备散热挑战的一种有效解决方案。
本文将着重探讨液冷散热器在电子设备中的应用研究。
第二章:液冷散热器的基本原理液冷散热器是一种利用液体冷却电子设备内部热量的散热装置。
该装置由冷却剂(一般为水或者高导热介质)和传热管组成。
传热管通过高导热材料与热源接触,将热量吸收到冷却剂中,再通过冷却系统将热量带离。
这样,液冷散热器可以有效地降低电子设备的工作温度,提高设备的稳定性和可靠性。
第三章:液冷散热器的类型液冷散热器根据散热介质和结构不同,可以分为多种类型。
最常见的是水冷散热器,其使用水作为冷却介质。
水冷散热器的优点是散热效果好、噪音小,但也存在水泄漏和水垢问题。
另外,还有氦气、液氮等冷却介质的液冷散热器,它们适用于特殊场合和要求极高散热性能的设备。
另外,还有传统风冷散热器与液冷散热器结合的水冷风冷混合散热器。
第四章:液冷散热器在中央处理器(CPU)中的应用中央处理器是电子设备中最核心的组件之一,也是散热的重点对象。
在电子设备中,CPU散热常采用液冷散热器来保持其工作温度。
相比传统的风冷散热器,液冷散热器具有更好的散热效果,能够更快速地将 CPU 产生的热量带走,有效降低 CPU 温度。
此外,液冷散热器还可以减少风扇噪音,提高整个系统的稳定性。
第五章:液冷散热器在显卡(GPU)中的应用显卡是电子设备中另一个重要的散热部件。
由于显卡需要进行大量的图形运算,其散热需求相较于 CPU 更为迫切。
液冷散热器通过与显卡芯片直接接触,并以管道将热量导入到冷却系统,能够迅速地将显卡产生的大量热量带走。
相对于传统的风冷散热器,液冷散热器能够更好地降低显卡的工作温度,提高显卡的性能和寿命。
第六章:液冷散热器在服务器中的应用对于服务器这样高性能、高负载的设备,散热是非常重要的。
电子元器件散热方法研究摘要:电子器件正朝着高频、高速、高集成的方向发展。
电子元件的固结率总密度增加,但物理尺寸逐渐减小,因此热流密度直接增加。
在高温下,电子元件的性能直接受到影响,因此,实施热控制是必要的。
结合目前的情况,应选择电子元件的冷却方式.选择有效的除热方法的问题值得深入研究。
在此基础上研究了电子元件的冷却方法。
本文首先概述了电子元件的冷却方法,然后详细介绍了电子元件的各种冷却方法。
最后讨论了电子元器件散热方法的选择。
关键词:电子元器件;散热;研究引言近年来,随着现代科学技术的发展,电子技术的发展速度逐渐加快。
电子设备具有高频、高速、高集成度、单位体积电子设备的高功率密度和高得多的发热量。
因此,电子学的冷却很困难.电子元件的散热性能如何良好,需要深入研究。
考虑到电子元件小型化、集成化的特点,选择紧凑度高、可靠性强、灵活性高、散热效率高的散热和冷却介质是合适的。
一、电子元器件散热方法概述在目前电子技术发展阶段,依靠传统的单向流体对流和强制空气冷却来达到电子元件散热的目的,目前大多数现代电气元件散热条件都无法满足,特别是在风冷技术的应用过程中,一般需要保证冷却剂表面的有效膨胀,但这受到环境因素的制约,针对众多限制,不符合冷却设备的要求,设备无法达到高效散热的目的,通过研制具有有效散热性能的设备,解决了高密度热流问题。
为了满足发展需要,电子元器件的散热是电子设备开发和运行中的重要环节。
电子元件散热的最终目标是确保电气设备能够在高质量和稳定的条件下工作。
以及电子设备运行的可靠性和安全性。
二、电子元器件散热技术(一)空气制冷技术在众多与电子元件冷却相关的技术中,可以看到,目前风冷技术作为一种电子冷却方法得到了广泛的应用,它包括强制空气冷却和自然空气冷却两种分部门。
这两种不同类型的散热技术主要是为了在不同的条件和条件下处理特定的散热,而强制空气对流冷却技术通常是为了冷却比散热率较高的电气元件,例如,在设备自主运行消耗高达7W或更高的情况下,当面板功率超过300W时,采用强制空气对流技术实现高效空气冷却。
电力电子器件及其装置的散热结构优化研究共3篇电力电子器件及其装置的散热结构优化研究1电力电子器件及其装置的散热结构优化研究随着电力电子技术的进步和应用的广泛,电力电子器件在电力系统的使用越来越频繁。
在实际应用中,电力电子器件发热是不可避免的问题,通常需要进行散热处理,以保证器件的稳定、可靠运行。
散热结构的设计和优化是提高电力电子装置的散热性能和可靠性的重要手段。
本文将介绍电力电子器件及其装置的散热结构优化研究。
1. 电力电子器件的散热问题电力电子装置通常由多个电力电子器件组成。
由于电力电子器件在工作时会产生大量的热量,如果不能及时有效地散热,就会导致器件温度升高,甚至烧毁,从而使整个装置失效。
因此,在电力电子器件的设计和使用过程中,必须考虑散热问题。
电力电子器件一般有IGBT、MOSFET、二极管等,不同器件的散热方法也有所不同。
常用的散热方法有天然风冷却、强制风冷却、液冷却、热管散热等。
这些散热方法都需要设计合理的散热结构来实现。
2. 电力电子装置的散热结构电力电子装置的散热结构一般由散热器、风扇、散热片等组成。
其中,散热器是散热结构的核心组成部分,其散热性能的好坏直接影响整个装置的散热效果。
散热器的设计需要考虑多个因素,包括散热器的材料、结构、流体力学等。
常见的散热器材料有铝合金、铜等。
铝的价格相对较低,但其导热系数相对较低;铜的导热系数较高,但价格也较贵。
因此,在选择散热器材料时需要综合考虑成本和性能。
散热器的结构也需要进行优化,以提高散热效率。
一般来说,散热器的表面积越大,则散热效率越高。
同时,散热器内部的流体力学结构对散热效果也有较大影响。
风扇的作用是加速空气流动,降低散热器表面的温度。
设计风扇时需要考虑其噪音、功率等指标。
一般来说,风扇转速越高,则散热效果越好,但噪音也会相应增加。
在电力电子装置的实际应用中,通常会根据具体情况进行风扇参数的优化。
散热片的作用是将热量从电力电子器件传递到散热器上,因此其导热性能对散热效果至关重要。
电脑散热器研究报告电脑散热器是电脑的一个重要部分,在机器发热时发挥着重要作用。
随着电子计算机技术的发展和更多复杂的操作,电脑散热器的需求也在不断增加。
本文旨在通过对电脑散热器的研究,深入分析电脑散热器的工作原理、分类及类型。
电脑散热器的工作原理是通过将热量从电脑的元件中转移到空气中,以防止电脑过热。
散热器的结构一般由散热片、风扇、散热片垫片、保护罩等组成,其中散热片用于收集来自电脑处理器的热量,风扇用于将热量转移到空气中,而散热片垫片则可以有效提高散热效率,而保护罩则可以防止外界灰尘和杂物。
电脑散热器一般可以分为三大类:空气冷却器、液冷器和超级散热器。
空气冷却器是最常见的电脑散热器,使用风扇将处理器产生的热量抽出,由散热片将热量传递到空气中,减少处理器温度。
液冷器则由液体循环系统组成,使用水冷或专用液体,将热量从处理器传递到散热器,从而将热量放出。
超级散热器则是在空气冷却器和液冷器的基础上添加了特殊的技术,如螺旋风叶、双风扇设计等,使用效率更高。
此外,电脑散热器的类型也不尽相同。
根据风扇的规格、散热片的尺寸及不同的设计,电脑散热器可以分为落地式、面板式和圆柱式等多种类型。
落地式散热器由散热片和框架组成,安装简单,风扇采用大小不一的规格,具有更强的散热能力;面板式散热器由散热片和壳体组成,可以方便安装在面板上,风扇采用小型规格,散热效果较弱;圆柱式散热器由散热片和支架组成,可以安装在PC 机正面,空气流动性较好,散热效果较弱。
综上所述,电脑散热器是电脑运行的重要部分,在机器发热时发挥着重要作用。
它的工作原理是通过散热片收集来自电脑的热量,通过风扇将热量转移到空气中,防止电脑过热。
不同的类型和规格可以满足不同的使用要求,为电脑使用者提供了更加安全和实用的散热方案。
电子器件散热及冷却的发展现状研究摘要:现如今,我国社会经济与科技飞速发展和进步,各行业方兴未艾,电子行业也不例外得到了迅猛发展,经济飞速发展,使得社会用电量持续增多,电子器件也逐渐向着高效和微型方向发展,同时也对机组铺设的安全和可靠性有了更高的标准与要求。
在主铺设备运行中,抱会系统因其自身故障而导致停止运行,特别是高温环境会严重的影响到电子器件的性能和使用寿命,此外,也会影响到电路系统运行的安全性。
为此,本文详细论述了电子器件散热和冷却发展现状,旨在可以为相关业界人士发展提供借鉴,助力电子行业实现健康可持续繁荣发展。
关键词:电子器件;散热;冷却;发展现状前言:电力资源在当前现代化社会发展中得到了广泛应用,在工业生产和生活中人们越来越依赖电力资源,这就意味着电力资源成为了人们生产和生活中不可或缺的一部分。
电气器件作为火力发电厂中一个非常关键的构成部分,目前,它产生的热量的疏散和冷却已成为相关学者关注的焦点和热点。
随着热控保护系统的不断发展和进步,热工自动化程度不断提升,工作中,电气器件会产生很多热量,在很大程度上会对电气器件的应用寿命及性能产生影响,为此,文章对其进行研究具有十分深刻的意义。
1电子器件散热及冷却发展现状1.1被动式冷却被动式冷却:冷源温度高出环境温度的电子元件散热方式,主要特点是其芯片温度一直高于环境温度,无制冷机构,根据冷却介质的不同性,可将其分成液体与空气冷却两种。
1.1.1空气冷却空气冷却:通过空气流动,将元件产生的热量进行带走的一类散热方式,为此,通常发热量很小的电子元件冷却中经常使用。
强破对流冷却指介质在外力作用下流动,主要通过风机等强制装置使周围的空气流动,然后带走热量。
此散热方式散热能力比对流强,通过同热沉组合可使其流换热系数达(10—100W/(m 2.K),现阶段此种方式被广泛的进行着应用。
应用最广泛的一类方式就是空气冷却,它的冷却力大概为约10 2 W/m 2.K 的数量级,它适用于散热量低、价格低廉、结构简单,但不能满足高热流密度电子器件和芯片的要求。
电子电器设备中高效热管散热技术的研究现状及发展前言随着电子电器设备的不断发展和性能提升,其功耗也在逐年增加。
高效热管散热技术成为了保障设备稳定运行和延长寿命的关键因素之一。
本文将深入探讨电子电器设备中高效热管散热技术的研究现状及未来发展方向。
1. 热管基础原理热管是一种利用液体循环传递热量的热传导装置。
其基本原理是利用液体在高温端蒸发、在低温端凝结的特性,通过液体的循环传递热量。
这种原理使得热管能够高效地将热量从热源传递到散热器,实现快速而高效的散热。
2. 研究现状2.1 微型热管技术微型热管是近年来研究的热点之一。
其小巧的尺寸和高效的散热性能使其成为电子电器设备中的理想选择。
研究者通过优化微型热管的结构和材料,提高其热传导效率,适应更加复杂和紧凑的电子设备内部结构。
2.2 多相热管技术多相热管采用多种工质,如液体和气体的组合,在不同工况下具有更灵活的散热性能。
研究者通过对多相热管的工作原理和性能进行深入研究,不断提高其适用范围和稳定性,为电子设备提供更可靠的散热解决方案。
2.3 先进材料的应用新型材料的引入为热管技术的发展带来了新的可能性。
导热性能更好的材料、耐高温材料的运用,使得热管在极端工作环境下能够更加稳定可靠地工作。
2.4 智能化散热系统随着人工智能和物联网技术的发展,智能化散热系统逐渐成为研究的热点。
通过传感器实时监测设备工作状态,调整热管的工作参数,使得散热系统能够更加智能地适应不同的工作负荷,提高能效和寿命。
3. 发展趋势3.1 高集成度与小型化未来电子设备对散热解决方案的要求将更加严苛,需要更高集成度和小型化的热管技术,以适应电子元器件不断减小的趋势。
3.2 高效能耗比随着能源问题的日益凸显,高效能耗比将成为研究的重点。
未来的热管技术需要在提高散热性能的减少能源消耗,实现更加环保和可持续的发展。
3.3 跨学科研究热管技术的发展需要跨学科的研究合作,涉及材料科学、流体力学、热传导理论等多个领域。
电子元器件热电冷却技术研究进展【摘要】随着电子元器件体积的不断缩小以及性能的不断提升,电子元器件的发热量也不断增大,容易造成电子元器件的损坏,因此电子元器件的冷却技术就至关重要。
本文通过介绍电子元器件热电冷却技术的发展,对热电制冷器的散热形式进行探讨,以此来提升我国电子元器件热电冷却技术,促进我国相关领域的发展。
【关键词】电子元器件;热电冷却;技术;研究据相关资料分析,大约有50%-60%的电子元器件失效是由于温度过高造成的,随着温度的升高,电子元器件的失效率也在不断上升,大大降低了电子元器件的使用寿命,传统的散热技术已经不能满足现实需求。
热电冷却作为一种新型的制冷技术,具有轻便、无噪音、温度精确控制、无需制冷剂等优点,适合作为电子元器件冷却散热技术。
一、热电冷却的制冷原理热电冷却主要是利用帕尔贴效应进行制冷,其制冷原理如图1所示:当电子元器件之间接通直流电后,电流从p型电臂流向n型电臂时,p型电臂中的空穴和n型电臂中的自由电子向箭头所指方向相向运动。
进入p型电臂的自由电子会立即与导体中的空穴复合,产生的热量从电子元器件接头处放出,这就是前面提到的帕尔贴效应。
当电流通过有温度梯度的热电元件时,由于汤姆逊热效应就会产生汤姆逊热,实现电子元器件与外界环境之间的能量交换。
二、热管技术及其在电子元器件冷却中的应用随着制冷技术的不断发展,热管技术已经在电器设备及电子元器件的散热系统中得到广泛应用,主要冷却技术有:常规热管技术;微型热管技术;回路热管技术;脉动热管技术。
(一)常规热管常规热管的规格通常在几毫米到几厘米之间,作为传统的热管冷却技术它能够有效保证电子元器件的常规散热,但是也存在一定的问题和缺陷。
常规热管的最大问题是传热介质不能与管材长期相容,在散热过程中会产生一些气体聚集在管路中,容易造成爆炸的危险,使用寿命过低,成本较高。
(二)微型热管微型热管的直径通常为几毫米,它主要应用在笔记本电脑CPU散热领域,比如笔记本电脑中直径为2-4mm的铜水热管。
CPU散热器冷却技术的研究动态摘要: 随着计算机工业的迅猛发展, CU P 的运行速度越来越快, 发热量也越来越高, CPU 散热器发展迅速。
为对CPU 散热器具有更多的认识, 本文阐述了CPU 的发展历程以及CPU 散热器的发展背景, 叙述了CPU 散热器的散热方式、现状和未来发展趋势。
一CPU散热器的应用背景及研究意义伴随着CPU 性能的不断提高, 其发热量较以前有了大幅度的提高。
那么, CPU 的冷却问题就越来越突出, 据有关资料显示, 对于包括CPU 在内的电子设备, 现在的失效问题的50% 都是由于过热引起的[2] 。
早期的CPU 芯片功率不足10W, 不需要用散热器, 上个世纪90年代中期以后, 随着CPU 主频和集成度大幅度提高, CPU 的功率和发热量明显提高, 到2004年Inte l公司推出的P entium 4 主频为3. 6GH z的CPU 功率更是达到115W。
如此大的功率严重威胁到CPU 的工作和发展, 而CPU 必须借助散热器才能工作, 虽然In tel在2006下半年推出酷睿双核心将功耗降低近一半, 每个核心的功耗只有30W至35W, 与上一代英特尔台式机处理器产品相比, 英特尔酷睿2台式机处理器在提供 1. 4倍的CPU 计算性能同时, 能耗降低了40% , 但是对于现在一些四核的CPU 来说, 功率仍然很高。
为适应CPU 发展过程中功耗的不断变化, CPU 散热器也有了长足的发展。
从近期CPU 的发展来看, Prescott核心CPU 的频率还会不断提升, 其发热量更让人担心, 目前全铜、高密度鳍片以及采用热管技术发展趋势虽然还能够应付一时, 但显然还不能适应更高的发热量, 如果这种态势继续下去, 未来散热器的发展趋势是什么? 市场追求的是高性价比, 产品主要还是以风冷散热器为主, 水冷散热器随着价格的不断下调, 将占有越来越大的市场份额, 随着热管散热器的工艺成熟和成本控制, 它将是未来发展的热门。
电子领域中的散热器设计与热分析研究近年来,随着电子设备的不断发展和普及,电子设备产生的热量也逐渐增加。
如果不能有效地将电子设备产生的热量散发出去,就会影响设备的性能和寿命。
因此,散热器的设计与热分析成为了电子领域中的重要研究课题。
一、散热器的基本原理和分类散热器是指将电子设备产生的热量传递给周围环境的设备。
它基于传热的基本原理,通过增大热交换面积和提高传热系数来实现热量的散发。
根据散热器的传热方式,可以将其分为传导散热器、对流散热器和辐射散热器三类。
传导散热器主要依靠导热材料的热传导性能,将热量从设备导向散热器。
这种散热器通常采用金属材料,如铜、铝等。
对流散热器则是通过流体(如风扇吹过的空气)与散热器表面的热量交换,实现热量的传递。
对流散热器常见的形式包括散热片、散热塔和冷却风扇等。
辐射散热器则是利用热辐射原理,将热量转化为电磁辐射,通过空间辐射来散发热量。
常见的辐射散热器主要有黑体辐射散热器和铜基底表面辐射散热器等。
二、散热器的设计原则在进行散热器设计时,要考虑以下几个方面的因素:1. 散热要求:根据电子设备的功耗、工作环境以及预期寿命等要求,确定散热器需要散发的热量。
2. 材料选择:根据散热器的工作温度和散热要求,选择合适的导热材料,如铜、铝、塑料等。
3. 散热器结构:根据电子设备的外形尺寸和散热要求,设计合适的散热器结构,包括数量、形状和布局等。
4. 流体流动:对于对流散热器,要考虑流体流动的效果和方向,以增强热交换效果。
5. 辐射效应:对于辐射散热器,要考虑表面的辐射特性,以提高热量的辐射散发效率。
三、热分析在散热器设计中的应用热分析是指通过建立数学模型,对散热器的热传导、热对流和热辐射等传热过程进行模拟和计算。
通过热分析,可以评估散热器的散热性能,指导散热器的设计和改进。
热分析主要包括有限元分析和计算流体力学分析两种方法。
有限元分析是一种数值计算方法,通过建立散热器的几何模型和物理模型,并采用数值方法求解传热方程来计算散热器的温度分布和热量传递情况。
电子器件散热技术现状及进展随着电子及通讯技术的迅速发展,高性能芯片和集成电路的使用越来越广泛。
电子器件芯片的功率不断增大,而体积却逐渐缩小,并且大多数电子芯片的待机发热量低而运行时发热量大,瞬间温升快。
高温会对电子器件的性能产生有害的影响,据统计电子设备的失效有55 %是温度超过规定值引起的,电子器件散热技术越来越成为电子设备开发、研制中非常关键的技术。
电子器件散热的目的是对电子设备的运行温度进行控制(或称热控制),以保证其工作的稳定性和可靠性,这其中涉及了与传热有关的散热或冷却方式、材料等多方面内容,目前主要有空气冷却技术和液体冷却技术两大类。
1 空气冷却技术空气冷却技术是目前应用最广泛的电子冷却技术,包括自然对流空气冷却技术和强制对流空气冷却技术。
自然对流空气冷却技术主要应用于体积发热功率较小的电子器件,利用设备中各个元器件的空隙以及机壳的热传导、对流和辐射来达到冷却目的。
自然对流依赖于流体的密度变化,所要求的驱动力不大,因此在流动路径中容易受到障碍和阻力的影响而降低流体的流量和冷却速率。
对于体积发热功率较大的电子器件,如单一器件功耗达到7 W(15~25 W-cm-2),板级(印制电路板)功耗超过300 W(2~3W-cm-2)时,一般则采用强制对流空气冷却技术。
强制散热或冷却方法主要是借助于风扇等设备强迫电子器件周边的空气流动,从而将器件散发出的热量带走,这是一种操作简便、收效明显的散热方法。
提高这种强迫对流传热能力的方法主要有增大散热面积(散热片)以及提高散热表面的强迫对流传热系数(紊流器、喷射冲击、静电作用)。
对一些较大功率的电子器件,可以根据航空技术中的扰流方法,通过在现有型材散热器中增加小片扰流片,在散热器表面的流场中引入紊流,可以显着提高换热效果。
传热技术发展到今天,强制空冷散热器的设计优化已十分成熟,结合热管技术、热电制冷技术、空气射流技术等,极大地强化了空冷技术的冷却能力。
电子设备的散热问题与新型冷却技术的应用分析摘要:文章结合当前现代电子设备应用面临的各类问题,综合分析常用的电子散热冷却方法以及新型热管技术在电子冷却中的应用前景,旨在能够通过有效的散热操作解决电子设备散热问题,提升电子设备性能。
关键词:电子设备;散热问题;新型冷却技术;应用分析从当前各类电子设备的应用发展实际情况来看,电子及其相关产业的发展体现出两个发展趋势,一个是追求小型化和集成化发展,另外一个则是追求高效率和高运算发展。
在电子设备的广泛应用发展下,一些单位容积范围内的电子元器件发热量不断增加,电子设备的散热问题成为当前制约整个微电子工程发展的重要问题。
为此,需要相关人员结合实际积极思考和探究电子设备的散热策略,旨在能够在实际应用操作中进一步增强电力电子产品的功能。
一、电子散热技术的发展在社会经济和科技的快速发展下,电子散热技术也发生了深刻的变革。
在最早,电子散热技术发展处于真空管时代,电子散热功率较大,电子器械的体积也较大。
之后,伴随晶管体的出现,使得电子散热功率、体积在一定程度上减小。
再之后,受CMOS技术应用的影响,电子设备的运行速度提升,散热技术的应用发展面临前所未有的发展调整,在电子散热技术方面开始着重研究新型冷却技术。
二、热管的诞生和传热特性在1942年的时候,美国学者提出在不用动力的情况下,利用介质的变化和毛细吸力能够在较小温差环境下传递大功率热量的构想。
在上个世纪六十年代的时候,人们为了解决人造微卫星仪器温度控制问题,应用实践证明了热管这种装置的导热性能是其他零部件导热性能的几千倍,在一时间,国家对热管的研究得到了快速发展。
从实际应用情况来看,热管的应用具有以下几方面的特点:第一,热管的传热能力。
从热管的传热能力来看,热管在进行传热操作的时候所应用的材料数量和构件相对较少。
第二,热管本身对热度和温度变化反应速度灵敏、快速,传热速度理想。
第三,整个热管的表面温度控制均匀,能够在几千米以上进行传热操作,且传热过程中温度降低较小。
电子芯片散热技术的研究现状及发展前景一、本文概述随着电子科技的飞速发展,电子芯片作为现代电子设备的核心部件,其性能不断提升,集成度日益增高,导致芯片在工作过程中产生的热量也大幅增加。
因此,电子芯片散热技术的研究与应用显得尤为重要。
本文旨在全面综述电子芯片散热技术的当前研究现状,并探讨其未来的发展前景。
文章首先回顾了电子芯片散热技术的发展历程,介绍了传统的散热技术以及近年来新兴的散热技术,如液冷散热、热管散热、散热片等。
随后,文章重点分析了当前散热技术在应用中存在的挑战和问题,如散热效率、成本、可靠性等方面的不足。
在此基础上,文章探讨了散热技术的创新方向,包括新材料、新工艺、新结构等方面的研究与应用。
文章展望了电子芯片散热技术的发展前景,认为随着科技的不断进步,未来的散热技术将更加高效、环保、智能。
随着5G、物联网等新技术的不断涌现,电子芯片散热技术将面临更多的挑战和机遇。
因此,深入研究和发展电子芯片散热技术,对于推动电子科技的持续进步具有重要意义。
二、电子芯片散热技术现状分析随着电子科技的飞速发展,电子芯片的性能不断提升,其集成度越来越高,工作频率越来越快,这直接导致了芯片内部产生的热量日益增加。
因此,电子芯片散热技术的研究与应用变得尤为重要。
当前,电子芯片散热技术主要面临两大挑战:一是如何在有限的空间内实现高效散热,二是如何降低散热系统自身的能耗。
目前,常见的电子芯片散热技术主要包括自然散热、风冷散热、液冷散热以及相变散热等。
自然散热主要依赖芯片自身材料的热传导性能,适用于低功耗、低发热量的芯片。
然而,对于高性能芯片来说,自然散热往往难以满足散热需求。
风冷散热是通过风扇强制对流来降低芯片温度,其结构简单、成本较低,但散热效率有限,且在高负荷运行时噪音较大。
液冷散热则利用液体的高导热性能,通过循环流动将热量带走,散热效率较高,但系统复杂度较高,成本也相对较高。
相变散热则利用物质在相变过程中吸收或释放大量热量的特性,实现高效散热,但其技术难度较大,成本也较高。
电子器件水冷散热器传热强化及流阻性能研究的开题报告1. 研究背景与意义随着现代电子设备的不断发展,其性能不断提高,而相应的功耗也逐渐增大。
高功率电子器件在长时间工作过程中,产生大量的热能,如果不能有效地散热,将造成其温度过高,导致器件失效,严重影响设备的可靠性和寿命,甚至引发火灾等危险。
因此,高效的散热方案对于电子器件的可靠工作至关重要。
传统的电子器件散热方式主要是采用风冷散热,但由于器件大小的限制以及空气本身的传热限制等因素,风冷散热的效果相对较差,很难满足现代电子器件高功率、高密度的散热需求。
因此,水冷散热技术成为了近年来电子器件散热的一种主要趋势。
水冷散热的传热强化和流阻性能研究是现代电子器件散热技术应用的关键问题。
传热强化主要是通过提高流体传热系数来改善传热效果,从而达到更高效的散热效果;而流阻性能则直接影响整个散热系统的流动阻力和能耗。
因此,研究电子器件水冷散热器传热强化及流阻性能,可以为高效、可靠的电子器件散热提供科学依据。
2. 研究内容及目标本研究将从以下几个方面展开:(1) 基于流动力学原理和传热学理论,分析电子器件水冷散热器内部的传热机理和流动特性;(2) 设计和制作一种基于水冷散热技术的电子器件散热器;(3) 通过数值模拟和实验测试,研究散热器的传热强化和流阻性能,并探讨相应的优化方案;(4) 最终目标是设计制作出一种高效、可靠的电子器件水冷散热器,使其在实际应用中能够满足高功率、高密度的散热需求。
3. 研究方法及技术路线本研究主要采用数值模拟和实验测试相结合的方法进行。
具体方法及技术路线如下:(1) 建立电子器件水冷散热器的数值模型,采用计算流体动力学(CFD)和热传递分析软件,模拟散热器内部的流动和传热过程;(2) 根据数值模拟结果设计和制作出一种电子器件水冷散热器原型,设置温度、流量等实验参数;(3) 利用实验室设备对电子器件水冷散热器进行实验测试,采用红外光学测温仪、热释电仪等测试设备记录温度场、流场等数据;(4) 利用得到的数值模拟和实验测试结果,对散热器的传热强化和流阻性能进行分析和比较,探讨优化方案。
电子器件冷却用散热器的结构形式与研究进展翁建华;石梦琦;崔晓钰【摘要】Heat sink is one of the key components for heat dissipation of electronic device or electronic cooling.The design of configuration types and selection of parameters are directly related to the effect of heat dissipation.Pin-fin heat sinks,plate-fin heat sinks,heat sinks with zigzag channels,and liquid-cooling heat sinks are several heat sinks which are often used.Research on fluid flow and heat transfer is the basis for optimization of configuration parameters.Configuration parameter optimization can reduce the size of heat sinks,save materials and improving heat dissipating.In order to resolve heat dissipation issues for electronic devices working periodically or intermittently,phase change materials are used in heat sinks.In addition,microchannel heat sinks are used for high heat flux heat dissipation for electronic devices orchips.However,pressure drop for flow in microchannel is large and how to reduce pressure drop becomes a key issue for the design of microchannel heat sinks.%散热器是电子器件散热或冷却的主要部件之一,散热器结构形式的设计与参数选取直接影响到散热效果.目前,电子器件常用的散热器有柱状翅片散热器、矩形通道散热器、锯齿形翅片散热器和液体冷却散热器等几种.散热器流动与换热的研究是进行结构参数优化及新型散热器研制的基础,而结构参数优化可减小散热器的体积,节省材料,提高散热效果.为解决一些发热量周期性变化或间隙性工作的电子器件散热问题,相变材料被应用到散热器中.此外,微通道可有效解决高热流密度电子器件或芯片的散热问题,但微通道流动压降较大,因此如何减小流动压降成为微通道散热器设计的一个关键.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2017(000)011【总页数】3页(P40-42)【关键词】电子器件;散热器;散热【作者】翁建华;石梦琦;崔晓钰【作者单位】上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090;上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TK124用于电子器件散热或冷却的散热器又被称为热沉,是电子器件散热或冷却的一个主要部件。
一些电子器件,如电力电子器件IGBT、电脑CPU和大功率LED等,发热功率高,热流密度大,需要通过一定的方式将热量传递给周围环境,使电子器件的结温控制在要求范围内。
由于电子器件的发热量、热流密度和使用场合千差万别,因此用于冷却或散热的散热器的结构也有多种形式。
为提高散热效果,节省散热器材料,应对散热器结构参数进行优化,而参数优化则应以散热器流动与换热的研究为基础。
此外,随着电子器件发热功率和热流密度的不断增加,以及新的散热要求的不断出现,新型散热器的研制也十分必要。
本文介绍目前常用的几种散热器结构形式,并探讨散热器在几个研究方向上的一些进展,供相关设计和技术人员参考。
散热器的常用结构形式有以下几种。
1)柱状翅片散热器。
柱状翅片散热器(见图1)的柱体截面可以是方形、圆形或椭圆形等;柱状翅片的排列可以是顺排,也可以是错列。
这种散热器底部涂抹导热硅脂后可直接放置于电子器件之上,通过自然对流或强制对流进行散热。
2)矩形通道散热器。
散热通道截面为矩形的空气冷却散热器示意图如图2所示。
研究显示,肋片中间有截断(见图3)的散热器,其散热性能要优于没有截断的散热器[1]。
一些散热器还可设计成肋高变化的形式,以改善散热效果(见图4)。
3)锯齿形翅片散热器。
这种散热器(见图5)结构紧凑,而沿流动方向不断错位的流道起到了强化传热的作用[2]。
散热器也常与热管连接后一起使用,热量通过热管由电子器件传递至散热器。
4)液体冷却散热器。
对一些发热量大的电子器件,如IGBT等,液体冷却是常用的冷却方式[3-4]。
简单液体冷却散热器示意图如图6所示,冷却液(如水、乙二醇水溶液等)流经散热器流道,可带走电子器件传递给散热器的热量。
对大功率LED阵列进行散热设计时,还常用到径向式热沉,又称太阳花散热器[5]。
这种散热器的主要散热方式也是对流,但辐射的影响也不可忽略。
计算显示,表面喷涂黑漆或进行阳极氧化处理后,辐射换热占总散热量的比例可达20%,甚至更高[6]。
作为电子器件散热系统的一个主要部件,散热器的研究一直受到关注,主要包括散热器流道内流体流动与换热、结构参数优化和新型散热器研制等。
通过对散热器流体流动与换热研究,可以了解散热器肋片的温度分布、通道内的流动情况以及流体与散热器肋片表面的换热情况,有助于进行散热器的结构优化,提高散热效果。
文献[7]应用ICEPAK软件对一电动汽车电动机控制器的散热器进行了热分析。
控制器的发热量主要来自功率MOSFET管,散热器采用自然对流进行散热,数值计算得到的散热器最高温度与实测值基本一致。
文献[8]对水在金属泡沫热沉中的流动与换热采用有限元法进行数值计算,并将计算结果与试验数据进行了比较,结果显示,局部努塞尔数及测点处温度的计算值与实测值都吻合较好。
散热器流体流动与换热的研究是结构参数优化及新型散热器研制的基础。
显然,散热器肋片的数量、间距和尺寸等结构参数对散热效果有直接影响。
在给定条件下,要得到理想的散热效果,合理选取这些结构参数十分重要。
文献[9]在对一功率模块进行散热设计时,采用数值计算方法,通过比较最终确定散热器肋片的数量。
文献[10]在数值计算的基础上,采用优化方法获得给定条件下比原有设计质量更轻、外形尺寸更小的散热器。
通过结构参数的优化可以减小散热所需的空间,从而节省材料,降低成本。
2.3.1 含相变材料的散热器相变材料较早就已在空间热控系统中得到应用[11]。
文献[12]采用石蜡作为相变材料,将相变材料应用到散热器中,以解决一些发热量周期性变化或间隙性工作的电子器件散热问题。
为解决相变材料热导率低(如石蜡的热导率仅为0.1~0.4W/(m·K))的问题,可在相变材料中添加石墨等高热导率材料,以提高其导热性能[13-15]。
2.3.2 微通道散热器微通道是近年来传热与流体流动研究的一个热点。
文献[16]通过数值计算,比较了变截面微通道与矩形等截面微通道散热器的散热情况,结果显示,前者的散热效果要优于后者。
文献[17]比较了几种不同微通道结构热沉用于大功率激光二极管的散热情况,结果显示,正弦曲线形微通道热沉的散热效果最好。
相对于常规通道散热器或热沉,一方面,微通道散热器或热沉可有效地将电子器件或芯片的热量由冷却工质带出,从而解决高热流密度电子器件或芯片的散热问题[18];另一方面,由于微通道尺寸小,大大增加了冷却工质的流动压降,因此如何减小压降是微通道散热器或热沉设计的关键之一。
此外,一些材料,如镁合金,具有质量轻、加工性能好的特点,制作成散热器可用于航空电子设备等的散热[19]。
还有一些新材料,如金属泡沫,其密度低,传热性能好,可用于新型散热器的研制。
对液体冷却散热器,冷却工质的选择也很重要。
文献[20]对PAO冷却液的冷却效果进行了试验研究,并与乙二醇类冷却液进行了对比。
在数值计算或试验研究的基础上,优化散热器的结构参数,可以节省散热器材料,减小散热器尺寸,降低散热成本。
为适应电子器件发热量和热流密度不断升高的发展趋势,以及电子器件更为严苛的温度控制要求,迫切需要研制新型散热器。
而新材料新工艺的不断出现,以及更为先进试验手段的使用和数值分析在传热与流体流动方面的广泛应用,则为散热器的优化设计和新型散热器的研制创造了条件。
* 上海市“科技创新行动计划”高新技术领域项目(12dz1143800)【相关文献】[1] Kim T Y, Kim S J. Fluid flow and heat transfer characteristics of cross-cut heat sinks[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2009, 52:5358-5370.[2] 周仝,辛晓峰. 锯齿形翅片散热器风冷性能试验研究[J]. 电子机械工程, 2013, 29(4):5-8.[3] 包明冬,马展,崔洪江,等. 电力电子器件IGBT用水冷板式散热器热力性能的数值模拟[J]. 内燃机车, 2012(5):1-4.[4] 黄韬. 大容量通用电力电子功率模块散热系统的设计[J]. 华电技术, 2013, 35(9):15-18.[5] 李中,李勇,汤应戈,等. 大功率LED太阳花散热器的结构优化[J]. 激光与光电子学进展,2012(10):153-158.[6] 翁建华,张同运,舒宏坤,等. 照明用LED的散热计算与分析[J]. 机械研究与应用,2016(3):127-129.[7] 申传有,黄恺,李兴全,等. 基于ICEPAK的电机控制器散热器的热分析[J]. 辽宁工业大学学报:自然科学版, 2014, 34(2):99-102.[8] Bayomy A M, Saghir M Z, Yousefi T. Electronic cooling using water flow in aluminum metal foam heat sink: experimental and numerical approach[J]. International Journal of Thermal Sciences, 2016, 109:182-200.[9] 肖晋,朱新华,贾艳玲,等. 某功率单元强迫风冷散热分析和优化[J]. 电子器件, 2015,38(2):283-286.[10] Lampio K, Karvinen R. Optimization of convectively cooled heat sinks[J]. Microelectronics Reliability, 2017(6):011.[11] 侯增祺,胡金刚. 航天器热控制技术[M]. 北京:中国科学技术出版社,2007.[12] 王杰利,屈治国,李文强,等. 封装有相变材料的金属泡沫复合散热器实验研究[J]. 工程热物理学报, 2011, 32(2):295-298.[13] 李如忠. 一种新型相变散热器设计[J]. 电子机械工程, 2013, 29(4):37-39.[14] 赖艳华,吴涛,魏露露,等. 基于相变材料的电子元件的散热性能[J]. 化工学报, 2014,65(S1):157-161.[15] 高学农,李得伦,孙滔,等. 石蜡/膨胀石墨复合相变材料控温电子散热器的性能[J]. 华南理工大学学报:自然科学版, 2012, 40(1):7-12.[16] 夏国栋,李云飞,翟玉玲,等. 变截面微通道散热器流动和传热特性[J]. 北京工业大学学报, 2015, 41(2):287-292.[17] Beni S B, Bahrami A, Salimpour M R, et al. Design of novel geometries for microchannel heat sinks used for cooling diode lasers[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2017, 112:689-698.[18] Tuckerman D B, Pease R F W. High-performance heat sinking for VLSI[J]. IEEE Electron Letters, 1981, 2(5):126-129.[19] 王荣贵. 镁合金散热器挤压工艺研究[J]. 中国金属通报, 2009(46):42-43.[20] 董进喜,杨明明,赵亮. 电子设备液冷散热的冷却液热学性能分析[J]. 电子科技, 2013,26(4):106-109.。