热翅板散热器的传热性能研究

摘要

众所周知，电子设备的高度集成化、高频化、微型化使得电子元器件产生的热量大幅增加；而过高的工作温度将会导致电子设备失效；所以，有效地解决电子元件的散热问题变得尤其重要。针对该问题，结合相变传热技术，本文提出了一种新型的热翅板散热器。应用CFD数值模拟和试验分析，本文研究了冷却空气的速度和进口温度以及散热量对热板散热器性能的影响，主要研究内容、方法和研究结论如下：
　　 (1)对电子设备散热方法和相变传热技术的国内外研究现状、发展趋势、以及研究中所面临的问题进行了简要评述，明确了本文的研究目标。
　　 (2)提出了热翅板散热器的热力和机械设计方法。并以铝合金3A21为热翅板散热器材料，分别选择水和丙酮作为热板散热器的相变工质、设计并制作了针对CPU散热的热板散热器试验元件。
　　 (3)建立了热翅板散热器传热性能试验台，主要包括抽真空灌装系统、风洞系统、加热系统和测量系统四大部分。加热系统中通过电阻丝加热铜棒来模拟CPU芯片发热，试验结果表明：CPU芯片温度随风速的增大而降低，但温降的趋势随风速的持续增大而平缓；加热功率增大，芯片温度升高，但过大的热流密度会使散热器的相变传热过程恶化；以丙酮为工质的散热性能优于水，且35％的丙酮充液率为最佳。
　　 (4)应用CFD软件FLUENT对热翅板散热器的传热能力进行了数值模拟。模拟中，采用当量热阻法将发生相变换热的工质等效为很大的导热系数。计算结果表明：CPU芯片温度随空气来流温度的增加而直线上升。模拟结果与试验结果吻合较好，表明经过试验验证的模型将能够用来预测热翅板散热器的传热性能。