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【原創(chuàng)】【前沿】電子設(shè)備冷卻
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一、常用的的電子設(shè)備冷卻方式主要有: 1、空氣自然對流 這種冷卻方式是通過傳導(dǎo)、對流、輻射將熱量散發(fā)到周圍的介質(zhì)中去，從而達(dá)到散熱的目的。在熱設(shè)計中應(yīng)盡量減少各接觸面的熱阻，改善自然風(fēng)道，增大散熱面積和輻射面。 2、強(qiáng)迫對流 當(dāng)熱流密度較大時，空氣自然對流冷卻已經(jīng)不能滿足設(shè)備的冷卻要求，強(qiáng)迫對流空氣對流楞伽由于設(shè)計簡單、使用方便以及低廉的成本等優(yōu)點(diǎn)得到了很廣泛的應(yīng)用。 3、液體冷卻 液體冷卻方案中有直接液體冷卻和間接冷卻兩種。 直接液體冷卻 直接液體冷卻中，電子器件或者直接浸在惰性液體（如碳氟化合物）池中，或者直接燒到惰性液滴、噴流等沖擊。例如液體冷卻的一種碳氟化合物浸沒蒸發(fā)冷卻方式，組件內(nèi)各芯片的熱量傳導(dǎo)浸沒他們的碳氟化合物蒸發(fā)液中，在通過蒸發(fā)液傳到組件內(nèi)部壁上設(shè)置的內(nèi)肋片，最后經(jīng)壁體外部的水冷板或散熱器將熱量帶走。液體冷卻可以是單相的，也可以使兩相的，氣液相變的冷卻由于利用了冷卻劑潛熱，所以冷卻效果更好。直接液冷的實(shí)驗(yàn)效果可以到達(dá)800 瓦/平方厘米。由于直接液冷采用碳氟化合物和特殊的封裝結(jié)果，成本較高，同時控制要求高，可靠性差，因此在商用中的比例很小。 間接液體冷卻 由于直接液體冷卻存在熱滯后引起的熱激波現(xiàn)象以及系統(tǒng)維護(hù)不方便等原因，所以最近正在被間接冷卻所取代。間接液體冷卻中，熱量從芯片經(jīng)導(dǎo)熱傳到液冷冷板，也冷冷板起著支撐和熱交換的雙重作用。液體也可以利用氣液相變來冷卻冷板。 二、新出現(xiàn)的電子設(shè)備冷卻方式有： 新出現(xiàn)的高效冷卻技術(shù) 電子設(shè)備的微型化及特殊用途有時要求一些的冷卻方式，其中研究較多的有微通道冷卻，毛細(xì)管抽吸（CPL）冷卻及熱點(diǎn)制冷，熱管傳熱冷卻等。 1、微通道冷卻 在定向硅片或者在基板上利用各向異性蝕刻等技術(shù)制造出微尺度通道，液體在流過通道時通過蒸發(fā)或者直接將熱量帶走。它是利用微尺度換熱的特性來達(dá)到高效冷卻的目的。研究表明，液體在微通道內(nèi)被加熱會迅速發(fā)展為核態(tài)沸騰，此時液體處于一個高度不平衡狀態(tài)，具有很大的換熱能力，通道壁面過熱度也比常規(guī)尺寸下的情況要小的多。而且實(shí)驗(yàn)正面冷卻即使是單相流經(jīng)微通道，其冷卻效果也比常規(guī)尺寸下利用液體核態(tài)沸騰來冷卻時要好的多。國外以Cu,Si等為蝕刻材料的微通道熱沉技術(shù)已在大規(guī)模集成電路，高功率激光器上采用。 2、熱電制冷 熱電制冷時建立在帕爾貼效應(yīng)基礎(chǔ)上的一種電制冷方法。它的優(yōu)點(diǎn)是無噪聲和振動，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，操作維護(hù)方便，不需要制冷劑，制冷量和制冷速度可通過該沒電流的大小來調(diào)節(jié)。它在恒溫和功率密度大的系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，同時還可以用來冷卻低溫超導(dǎo)電子器件。克服該制冷器冷量小和制冷系數(shù)低的不足，提高該制冷器能效比及其經(jīng)濟(jì)性，是熱電制冷設(shè)計和使用的關(guān)鍵。 3、 熱管是依靠自身內(nèi)部工作液體相變來實(shí)現(xiàn)傳熱的傳熱元件，熱管的導(dǎo)熱過程，對流，輻射。冷凝等各種過程，典型的熱管具有以下基本特性。 1）很有的傳熱特性 熱管內(nèi)部主要靠工作液體汽，液相變傳熱，熱阻很小，因此具有很高的傳熱能力。與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個數(shù)量級的熱量。當(dāng)然，高傳熱性也是相對而言的，溫差總是存在的，不可能違反熱力學(xué)第二定律，并且熱管的傳熱能力受到各種因素的限制，存在著一些傳熱極限。 2）優(yōu)良的等溫特性 熱管內(nèi)腔的蒸汽是處于飽和狀態(tài)，飽和蒸汽的壓力決定于飽和溫度，飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段所產(chǎn)生的壓降很小，根據(jù)熱力學(xué)中的Clausuis-Clapeyron方程式可知，溫降亦很小，因而熱管具有優(yōu)良的等溫性。 3）熱流密度可變性 熱管可以獨(dú)立改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積，即以較小的加熱面積輸入量，而以較大的冷卻面積輸出熱量，或者熱管可以教的傳熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面積輸出熱量，這樣既可以改變熱量密度，解決一些其他方法難以解決的傳熱難題。 4）熱流方向的可逆性 一根水放置的有芯熱管，由于其內(nèi)部循環(huán)動力是毛細(xì)力，因此任意一端受熱就可以作為蒸發(fā)段，而另一端向外散熱就成為冷凝段。此特點(diǎn)可用于宇宙飛船和人造衛(wèi)星在空間的溫度輾平，可以用于先放熱后吸熱的化學(xué)反應(yīng)器及其他裝置 5）熱二極管與熱開關(guān)性能 熱管可做成熱二極管或熱開關(guān)，所謂熱二極管就是只允許熱流向一個方向流動，而不允許向相反的方向流動；熱開關(guān)則是熱源溫度高于某一溫度時，熱管開始工作，當(dāng)熱源溫度低于這個溫度時，熱管就不傳熱。 6）恒溫特性 普通熱管的各部分熱阻基本上不隨加熱量的變化而變化，因此加熱量變化時，熱管各部分的溫度亦隨之變化。但是人們發(fā)展了另外一種熱管—可變熱導(dǎo)熱管，使得冷凝段的熱阻隨加熱量的增加而降低、隨著加熱量的減小而增加，這樣可使熱管在加熱量大幅度變化的情況下，蒸汽溫度變化極小，實(shí)現(xiàn)溫度的控制，這就是熱管的恒溫特性。 7）環(huán)境的適應(yīng)性 熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化，熱管可做成電機(jī)的轉(zhuǎn)軸、鉆頭、手術(shù)刀等等。熱管也可做成分離式的以適應(yīng)長距離或沖熱流體不能混合的情況下?lián)Q熱；熱管既可以由于地面（重力場），也可用于空間（微重力場）。 隨著熱管技術(shù)的持續(xù)發(fā)展及應(yīng)用，熱管散熱已經(jīng)成為一種很有前途的新型散熱方式。熱管工作時液體工質(zhì)在蒸發(fā)段加熱蒸發(fā)，其蒸氣經(jīng)過絕熱段流向冷凝段，在冷凝段蒸汽被管外流體冷卻放出潛熱，凝結(jié)為液體體積聚在冷凝段液芯中，凝結(jié)液借助吸液芯的毛細(xì)力的作用返回到加熱段在吸熱蒸發(fā)。熱管傳熱能力很大，當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)大，而且可以制造成體積很小重量很輕的產(chǎn)品。但同時要考慮熱流密度、流動阻力、毛細(xì)壓差對其傳熱能力的限制�，F(xiàn)在的有關(guān)研究大多集中在微型熱管的高效傳熱上。 正是有了這些獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)使得熱管技術(shù)在電子設(shè)備冷卻領(lǐng)域發(fā)展速度很快。最常見的是筆記本的cpu散熱、太陽能熱水器的導(dǎo)熱部分。 一些特殊的熱管（比如環(huán)路熱管LHP,毛細(xì)泵CPL等）在太空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，航天飛機(jī)、衛(wèi)星、空間站等都有熱管的應(yīng)用。個人認(rèn)為熱管技術(shù)是將來電子冷卻方面將來發(fā)展的一個重要的方向，其前景光明！ 我的研究方向是有關(guān)飛機(jī)上的電子設(shè)備冷卻，如果哪位蟲友的專業(yè)也是這個方向請下去聯(lián)系，本人也想多認(rèn)識幾個這方面的朋友！ [ Last edited by 三個小石子 on 2010-8-25 at 15:28 ] |
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2樓2009-12-10 15:19:40
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3樓2009-12-10 15:28:03
,石頭版主對此可是有深的研究的 4樓2009-12-10 15:36:28
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5樓2009-12-10 15:50:51
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7樓2009-12-10 16:55:14
8樓2009-12-10 17:06:01
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9樓2009-12-10 18:05:33
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三個小石子(金幣+1,VIP+0):感謝討論！ 12-10 19:31
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對于普通熱管來說是這樣的，不但冷凝端需要加翅片，而且蒸發(fā)端也需要。但是對于環(huán)路熱管而言，蒸發(fā)端本身就是個蒸發(fā)器，冷凝端同樣就是一個冷凝器。 由于電子設(shè)備體積小型化，導(dǎo)致其熱流密度的很大，并且一般情況下留下的散熱空間很小，這就為熱管的應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。因此現(xiàn)在熱管的一個發(fā)展熱點(diǎn)是和電子設(shè)備一樣的：體積小型化，能力強(qiáng)大化！ [ Last edited by pengjie on 2009-12-10 at 18:59 ] |
10樓2009-12-10 18:56:22
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19樓2009-12-11 13:15:19
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deng102715樓
2009-12-10 22:39
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