高热流密度器件散热技术的研究进展_陈萨如拉

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1、2015年第43卷第5期流体机械39文章编号:1005－0329(2015)05－0039－07殐檭檭檭檭檭殐檭檭殐技术进展檭檭檭檭檭殐高热流密度器件散热技术的研究进展陈萨如拉，朱丽，孙勇(天津大学，天津300072)摘要:随着科学技术的迅猛发展，高热流密度器件被广泛应用于国民经济的各个领域之中，为了确保高热流密度器件的可靠运行，对热控系统的要求也越来越高。本文对典型高热流密度器件散热技术的基本原理、基本流程以及国内外的研究现状进行了介绍和分析。关键词:高热流密度器件;散热;冷却方式;综述中图分类号:TH137．8;TK123文献标志码:Adoi:10．39

2、69/j．issn．1005－0329．2015．05．009ＲesearchProgressofCoolingTechnologiesforHighHeatFluxDensityDevicesCHENSarula，ZHULi，SUNYong(TianjinUniversity，Tianjin300072，China)Abstract:Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology，highheatfluxdensitydevicesarewidelyusedinvariousfieldsofnationaleco

3、nomy．Inordertoensurethereliableoperationofthehighheatfluxdensitydevices，therequirementsforthermalcontrolsystemsarebecominghigherandhigher．Inthispaper，thebasicheatdissipationprinciple，basicprocessandresearchsta-tusoftypicalhighheatfluxdensitydevicescoolingtechnologiesathomeandabroad

4、arebrieflyintroducedandanalyzed．Keywords:highheatfluxdensitydevices;heatdissipation;coolingmethod;review［2］1引言表1常见冷却方式的散热能力2类型散热能力(W/cm)随着科技的迅猛发展，高热流密度器件被广单相冷却50～100泛的应用于国民经济的各个方面。对于高热流两相冷却＞100微通道液冷1000密度器件热设计的总原则是自热源至环境之毛细泵热管5～10间，提供一条尽可能低的热阻通路，其目的在于浸润式池沸腾20控制热点温度，使之在安全的温度范围内工过冷流动

5、沸腾500［1］作。作为高热流密度器件的一类，电子设备压力雾化喷雾冷却1000的功率逐年增加，有些电子器件工作时的表面蒸汽雾化喷雾冷却1300热流密度已达数百瓦每平方厘米。大量的热如射流冲击(普通表面)100～300不能及时散发出去，将严重地影响电子设备的射流冲击(微尺度表面)500工作频率、机械强度和可靠性等。表1总结了半导体制冷1现有冷却技术及其能够有效应对的热负荷能热电离子冷却100［2］热管25～100力。本文就当前高热流密度器件的典型散热微热管回路50技术及其发展作一概述。收稿日期:2014－10－16修稿日期:2015－03－3040FLUIDM

6、ACHINEＲYVol.43，No．5，2015的结点温度来提高对流散热效果，同时将因温度2典型散热技术分析与工程应用上升而造成的元器件效率损失控制在较低的水平，通过数值理论和试验手段对其进行优化，最终［6］2．1空气冷却达到提高功效密度的目的。此外，由于翅片的空气冷却是一种利用空气自然对流或强制对形状对气流的流动和压降影响较大，因此对翅片流对物体进行冷却的方法，这种方法适用对温度的优化设计也非常重要。Franco提出了强制对流［7］控制要求不高、热流密度不大的低功耗电子器件下的最佳径向对流换热翅片设计，考虑了方形和部件，以及不宜采用其他散热方法的情况下，空

7、翅片、三角形翅片以及H抛物线、凸抛物线，并以气冷却是最理想的冷却方式。其中平板翅片和放无量纲化的形式提出了最优化设计方法。射状翅片是较为常见的空冷热沉。空气冷却具有技术成熟、结构简单、成本低、目前，空气冷却的研究多为在现有条件下对安全可靠等优点，通过对散热器进行优化设计以散热器结构进行优化设计，以及高导热材料在散及采用高导热材料降低传热热阻，空气冷却依旧热器上的应用，目的是在相同散热能力下尽可能能够在某些领域占有一席之地。地缩小散热装置的总体积，或者在相同散热总体2．2液体冷却积下提高其散热能力。龙昊等对自然对流空气冷2．2．1浸入冷却却条件下高热流密度器件

8、散热器进行了优化设浸入冷却即直接液体冷却，它是将元件