电子元器件液体自循环冷却系统的传热特性与实验研究

摘要

电子元器件的冷却技术是未来电子技术发展需要解决的一项关键技术。随着电子芯片频率的提高，芯片集成和封装技术的发展，电子元器件的发热量迅速提高，如今其热流密度已经达到104W/m2～105W/m2，并且持续增大。因而，开发有效的散热装置用于电子元器件的散热，是当今传热研究的重要课题。本文就是将这一课题作为研究的对象，开发一种高效、节能的电子元器件无泵液体自循环散热装置。 本文结合电子元器件的发热特点和工作环境，设计出无泵液体自循环散热装置，并制作出这种散热装置。然后把这种装置用于电子元器件散热，并在实验中检验这种装置的换热效果和工作性能，并建立该装置的数学模型，根据数学模型的计算结果和实验结果对散热装置进行改造，使之更加有效。结果表明：随着输入功率的增加，散热装置的温度、压力和流量都在增加，当输入最大功率115W时，该散热装置的最小换热热阻为0.55℃/W，最大工作压力达4.15bar，电子元器件最大表面温度74.5℃，最佳充液率为80％～100％，此时最大工质流量为12g，最小充液率60％。在R123、R11、R113这三种载热介质中，R123的散热性能最好。解决该散热装置的关键之一在于使载热介质迅速完全地循环，关键之二在于减小蒸发段的传热热阻。经过实验验证，本文建立的数学模型比较适用于设计的试验装置，所设计的无泵液体散热装置散热效果良好。通过本文的研究，可以为以后的液体散热研究提供思路和借鉴。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1课题研究的背景

1.2电子元器件散热技术简介

1.2.1强制对流风冷散热器

1.2.2热管式散热器

1.2.3液体循环散热器

1.2.4半导体制冷

1.3各种散热技术的分析

1.4本文的研究目的

第2章自循环散热装置的实验研究

2.1散热装置的设计

2.1.1设计的理论基础

2.1.2散热装置的具体设计

2.2自循环散热器性能测试系统

2.2.1计算机上中央处理器(CPU)实验台

2.2.2仿真计算机中央处理器(CPU)的测试

2.2.3测试参数

2.2.4使用的工质

本章小结

第3章散热装置性能参数的计算

3.1概述

3.2散热装置性能的计算

3.2.1物理模型

3.2.2压力的计算

3.2.3热量

3.3.3质量流量

3.3.4散热装置充液率的分析

3.3散热装置传热过程的理论模型

3.3.1蒸发段壁面的传热分析

3.3.2散热装置蒸发段的相变换热

3.3.3散热装置冷凝段的相变换热

3.3.4冷凝段内壁到散热片基板的换热

3.5.5散热片与环境的换热

3.5散热装置工作状况分析

3.5.1烧干限

3.5.2冷凝限

本章小结

第4章实验结果分析

4.1对计算机实际CPU散热实验分析

4.1.1计算机开机状况的比较

4.1.2计算机正常运行时CPU温度的比较

4.1.3计算机完全运行时CPU温度的比较

4.1.4噪声

4.1.5耗电量

4.2仿真CPU实验分析

4.2.1不同输入功率下散热性能比较

4.2.2计算温度与实验温度的比较

4.2.3计算与测量压力的比较

4.3载热介质性能分析

4.3.1制冷剂性能分析

4.3.2充液率的分析

4.3.3充液率60％的温升曲线

本章小结

结论

参考文献

附录1物理量名称及符号表

附录2

实验数据1 散热装置在计算机实际CPU上测量数据

表1三种散热装置开机时数据

表2三种散热装置在计算机正常运行时数据

表3三种散热装置在计算机正常运行时数据

实验数据2散热装置在仿真CPU上的测试数据

表1散热装置使用制冷剂R123在输入功率为115W的数据

表2散热装置使用制冷剂R113在输入功率为50W的数据

表3散热装置使用制冷剂R11在输入功率为100W的数据

表4 R123在不同充灌量下的温度数据

研究生期间发表的学术论文

致谢