大功率密閉機柜熱管散熱器的試驗研究

時間:2017/10/30 9:20:00 來源:中國散熱器網 添加人:admin

  隨著微電子技術迅猛發展,電子器件特征尺寸不斷減小,芯片集成度、封裝密度以及工作頻率不斷提高,使得芯片熱流密度和熱負荷迅速升高,對裝置可靠性造成極大威脅。在許多應用場合,為防止環境中灰塵、雨水或腐蝕性氣體等的侵害,電子器件需集中放置在密閉機柜中,對機柜進行熱設計時不僅要考慮柜內電子元器件工作時產生的熱量,還要考慮太陽輻射對機柜產生的影響。因此開發滿足高熱流密度機柜散熱要求的新型散熱方式具有較高的工程實用意義。

  熱管曰是利用管內工作液體的相變傳熱將設備的熱量傳遞出去,可以在較小工質充液量及較小溫差下實現大功率熱量的傳遞,具有導熱性高、結構緊湊等特點。比較整體式熱管散熱器和獨立式熱管散熱器的散熱效果,測試了性能較好的整體式熱管散熱器在不同工況下的散熱性能。m.該散熱器工作時,離心風機(8不斷地將柜內電子器件產生的熱量形成高溫氣流沿中間隔板(1流向散熱器蒸發端的散熱翅片,使蒸發段(11管內工質吸熱后相變蒸發,高溫氣流降溫后由出口(12流回到柜內冷卻發熱電子器件。而管內蒸汽在壓力差作用下上升至蒸發端上集管,通過蒸汽導管(10流向散熱器冷凝端。在離心風機(6作用下柜外冷空氣流經冷凝端散熱翅片,不斷地帶走冷凝段(2熱管內高溫蒸汽的熱量,吸熱后的熱空氣由出口(3散發到柜外環境。而冷凝段管內蒸汽降溫冷凝為液體,不斷地匯集在冷凝端下集管處,并在重力作用下經回流導管(4快速回流至蒸發端下集管繼續吸熱蒸發。如此循環,散熱器不斷地將柜內熱量散發到柜外環境中,使密閉機柜冷卻降溫,確保柜內電子器件正常工作。

  1.中間隔板2.冷凝端3.外循環出風口4.回流導管5.柜門6.外循環風機7.外循環進風口8.內循環風機9.內循環進風口10.蒸汽導管11.蒸發端12.內循環出風口散熱器工作原理示意試驗裝置試驗裝置,如、所示。分離式熱管散熱器(6放置在可調節溫度的模擬環境箱(11中,環境箱采用燃油加熱器(9)提供熱風,通過溫度傳感器(14和控制器(13)調節環境箱中的溫度,環境箱的進風口(7和出風口(10均裝有氣流整流器,以保持環境箱中溫度分布均勻。試驗裝置主要由四部分組成:散熱器、機柜、模擬環境系統及數據采集系統。機柜放置于環境箱內,通過改變環境箱內溫度調節機柜外循環進風溫度大小。模擬環境系統是通過風速調節器調節內、外循環進風速度,實現對進風風速的調節,柜內發熱器件使用模擬加熱器(8,通過可調變壓器(4調節加熱器輸入電壓實現不同功率的輸入,加熱器下方放置一臺風扇(9),其目的是使柜內溫度場均勻分布。數據采集系統采用溫度數據采集器(2來完成柜內各部位溫度值的采集。

  1.計算機2.溫度數據采集器3.風速調節器4.可變調壓器5.功率表6.散熱器7.均風裝置8.模擬加熱器9.風扇10.引風裝置11.模擬環境箱12.燃油加熱器13.溫度控制器14.溫度傳感器試驗裝置示意。模擬環境箱2.密閉機柜3.溫度數據采集器。

  表1不同加熱功率下的溫差AT外進風溫度/丈加熱功率/kW內、外循環進風溫差/丈不同外循環進風溫度下,加熱功率Q為不同時的內、外循環進風溫差AT,如表1所示。由表1可知:外循環進風溫度為50U加熱功率為2kW時,柜內溫度為68.7T,小于70T,滿足機柜散熱器設計要求。散熱器在不同外循環進風溫度下工作時,溫差AT與加熱功率Q之間的變化曲線圖,如所示。從中可以看出,當Q不變時,隨著外循環進風溫度增加,AT都始終在一個穩定的溫度值上下波動;外循環進風溫度不變時,AT隨功率Q的增加而呈線性關系增加,且不同外循環進風溫度下的曲線斜率基本相同。試驗結果表明:在一定溫度范圍內,散熱器散熱功率Q與內、外循環進風溫差AT有關,和外循環進風溫度關系較小。

  4.2進風風速對散熱器散熱性能的影響4.2.1外循環進風風速的影響bookmark8當外循環進風口溫度為10、內循環進風風速不同時,不同加熱功率下散熱器換熱系數K隨外循環進風風速變化情況,如所示。從中可以看出,當Q定時,K隨外循環進風風速增大而升高,且曲線增加的速率逐漸平緩;隨Q增加,K升高速率減小趨勢越明顯。試驗結果表明:隨著外循環進風風速增加,散熱器換熱系數升高,但這種作用隨著外循環進風風速增加而逐漸減弱。

  當外循環進風口溫度為10、外循環進風風速不同時,不同加熱功率Q下換熱系數K隨內循環進風風速變化情況,如所示。從中可以看出,當Q定時,K隨內循環進風風速增加呈直線關系升高。試驗結果表明:隨著內循環進風風速增加,散熱器的換熱系數呈線性升高。

  外循環進風風速Am/s>加熱功率0(kW)不同外循環進風溫度下加熱功率對溫差的影響Fig.4EffectofHeatingPower夕卜循壞進風風速/(m/s)外循環進K風速不同加熱功率下內循環進風風速對換熱系數的影響Fig.6EffectofInletAir外循環進風風速/(m/s)不同加熱功率下外循環進風風速對換熱系數的影響以解決大功率密閉機柜散熱問題為研究背景,設計了一種新型的分離式熱管散熱器,并搭建試驗裝置對散熱器散熱性能進行試驗研究,得出以下結論:(1分離式熱管散熱器在環境溫度為50U柜內加熱功率為2kW時,機柜內部溫度為68.7U小于70U滿足2kW密閉機柜的散熱要求。

  (2在一定的溫度范圍內工作時,散熱器散熱功率與內、外機械設計與制造bookmark11循環進風的溫差有關,基本呈線性關系變化;隨外循環進風風速的增加,散熱器換熱系數升高,但這種作用隨外循環進風風速的增加而逐漸減弱;隨內循環進風風速的增加,散熱器換熱系數呈線性升高。

  (3)分離式熱管的蒸發段和冷凝段分開放置,兩者之間用蒸汽導管和回流導管進行連接,形成一個封閉的循環管路,極易密封;且工質在閉合回路中同向循環,避免了單管式熱管容易出現的攜帶極限。分離式熱管散熱器具有散熱效率高、適應能力強等優點,滿足密閉機柜的散熱要求,可用于大功率密閉機柜的冷卻降溫。

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