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【原創(chuàng)】【前沿】電子設備冷卻
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一、常用的的電子設備冷卻方式主要有: 1、空氣自然對流 這種冷卻方式是通過傳導、對流、輻射將熱量散發(fā)到周圍的介質(zhì)中去，從而達到散熱的目的。在熱設計中應盡量減少各接觸面的熱阻，改善自然風道，增大散熱面積和輻射面。 2、強迫對流 當熱流密度較大時，空氣自然對流冷卻已經(jīng)不能滿足設備的冷卻要求，強迫對流空氣對流楞伽由于設計簡單、使用方便以及低廉的成本等優(yōu)點得到了很廣泛的應用。 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。直接液冷的實驗效果可以到達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)的電子設備冷卻方式有： 新出現(xiàn)的高效冷卻技術 電子設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，毛細管抽吸（CPL）冷卻及熱點制冷，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。而且實驗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基礎上的一種電制冷方法。它的優(yōu)點是無噪聲和振動，體積小，結構緊湊，操作維護方便，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)中得到了廣泛應用，同時還可以用來冷卻低溫超導電子器件�？朔撝评淦骼淞啃『椭评湎禂�(shù)低的不足，提高該制冷器能效比及其經(jīng)濟性，是熱電制冷設計和使用的關鍵。 3、 熱管是依靠自身內(nèi)部工作液體相變來實現(xiàn)傳熱的傳熱元件，熱管的導熱過程，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反應器及其他裝置 5）熱二極管與熱開關性能 熱管可做成熱二極管或熱開關，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；熱開關則是熱源溫度高于某一溫度時，熱管開始工作，當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，實現(xiàn)溫度的控制，這就是熱管的恒溫特性。 7）環(huán)境的適應性 熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化，熱管可做成電機的轉(zhuǎn)軸、鉆頭、手術刀等等。熱管也可做成分離式的以適應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）。 隨著熱管技術的持續(xù)發(fā)展及應用，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，凝結為液體體積聚在冷凝段液芯中，凝結液借助吸液芯的毛細力的作用返回到加熱段在吸熱蒸發(fā)。熱管傳熱能力很大，當量導熱系數(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、毛細壓差對其傳熱能力的限制�，F(xiàn)在的有關研究大多集中在微型熱管的高效傳熱上。 正是有了這些獨有的優(yōu)點使得熱管技術在電子設備冷卻領域發(fā)展速度很快。最常見的是筆記本的cpu散熱、太陽能熱水器的導熱部分。 一些特殊的熱管（比如環(huán)路熱管LHP,毛細泵CPL等）在太空領域應用廣泛，航天飛機、衛(wèi)星、空間站等都有熱管的應用。個人認為熱管技術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飛機上的電子設備冷卻，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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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
5樓2009-12-10 15:50:51
6樓2009-12-10 16:53:58
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