电子器件水冷散热器传热强化及流阻性能研究

摘要

随着电子技术的迅速发展，电子器件的功率不断增大，其物理尺寸却朝着微小型方向发展。为了使电子器件发挥最佳性能并保障其可靠性和使用寿命，对电子器件采取有效的散热方式，显得尤为迫切和重要。
　　 多孔介质具有极强的弥散效应，能促使流经其中的流体进行强烈的横向掺混，因而能够起到显著的传热强化作用。基于多孔介质强化传热理论，本文实验选用Thermaltake公司生产的TT Big Water745 CPU水冷散热器，通过向散热器中填充各种结构球形轴承钢填料，将原有矩形通道散热器改造为拥有类似“多孔介质”复杂流道的填充式散热器。
　　 本文以水为工质，建立了模拟CPU水冷散热实验系统，通过测量散热器内工质的流量、进出口温度和散热器外壁温度以计算散热器的对流换热系数和Nusselt准数；同时，利用直接测得的散热器进出口压降计算阻力系数。通过不确定因素分析，对实验散热器的对流换热系数α、Nu和阻力系数f的计算误差进行了分析，结果表明：本实验对流换热系数α的相对误差为7.83％，Nu和阻力系数f的相对误差分别为7.84％和5.70％。
　　 在本文实验范围内(Re=250～1500，Pr=5.1～5.6)，在相同Re和Pr下，改进后的散热器通道内Nu为原有矩形通道散热器的1.2～4.8倍：阻力系数f是矩形通道散热器的1.5～4倍。实验表明：填料的粒径越大传热效果越好、带来的流动阻力越小。为减少填充颗粒带来的较大的压降损失，可采用开孔的球形金属颗粒填料。开孔填料的传热和流阻性能均优于未开孔填料。
　　 通过对相同泵功耗条件下改造后的水冷散热器与原散热器的传热和流阻性能的比较和分析，提出了实验散热器的综合性能的评价方法。经分析证明：填充直径为4mm开孔填料后散热器综合性能最好，综合性能指数η约为矩形通道散热器的1.6～3.3倍。散热器填充未开孔金属填料可以使传热得到强化，但流动阻力也大为增加，在高热负荷下散热器的综合性能指数η反而不如填充之前。因此，为使填充式散热器达到最佳的传热和流阻性能，应采用大直径开孔颗粒作为填料。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 电子散热技术的发展

1.3 电子散热技术的分类

1.4 电子散热技术研究现状

1.4.1 风冷

1.4.2 液冷

1.4.3 微通道散热器

1.4.4 热管技术

1.5 多孔介质中流动与换热特性研究

1.5.1 多孔介质的定义和性质

1.5.2 多孔介质中单相对流强化传热的机理分析

1.5.3 多孔介质中流体的流动与传热研究

1.6 课题的研究内容及创新

1.6.1 课题的研究内容

1.6.2 课题的创新之处

第二章 实验系统与测试方法

2.1 实验系统

2.1.1 实验流程

2.1.2 主要实验器材

2.2 实验测定方法

2.2.1 温度的测定

2.2.2 散热器进出口压降的测定

2.2.3 工质流量的测定

2.3 实验操作

2.3.1 实验初始条件及若干参数范围

2.3.2 实验步骤

2.4 本章小结

第三章 数据处理方法和误差分析

3.1 实验数据处理方法

3.1.1 散热器矩形通道截面当量直径的计算

3.1.2 散热器换热系数的计算

3.1.3 雷诺数的计算

3.1.4 压降的计算

3.1.5 阻力系数的计算

3.1.6 Nusselt准数的计算

3.1.7 散热器综合特性参数

3.2 实验误差分析

3.3 本章小结

第四章 实验结果与分析

4.1 散热器的换热特性

4.1.1 不同热负荷下的散热效果比较

4.1.2 填充颗粒尺寸对散热器换热过程的影响

4.2 流动特性

4.2.1 颗粒直径对压降的影响

4.2.2 不同热负荷下的流动阻力系数比较

4.3 流动与换热综合性能的评价

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢