散熱器技術(shù)的原理、應(yīng)用與發(fā)展

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1、散熱器技術(shù)的原理、應(yīng)用與發(fā)展1引言傳統(tǒng)散熱方式主要是空氣冷卻、強(qiáng)制風(fēng)冷散熱以及水冷散熱。(1)空氣冷卻也稱自然冷卻，一般是將電子元器件的發(fā)熱核心部位與型材散熱器相接觸，通過空氣的自然對流方式將熱傳導(dǎo)出來。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、成本低廉。缺點(diǎn)是散熱功率低。(2)風(fēng)冷散熱這是目前最普遍的散熱方式，一般是將電力電子元器件的發(fā)熱核心部位與散熱器相接觸將熱傳導(dǎo)出來，然后再通過風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，來加強(qiáng)空氣的流動，通過強(qiáng)制對流的方式將散熱片上的熱傳至周圍的環(huán)境。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，安全可靠，技術(shù)成熟。缺點(diǎn)：降溫的效果有限，不能達(dá)到令人滿意的程度，并且具有噪音，風(fēng)扇的使用壽

2、命也有限制。(3)水冷散熱其原理是利用水泵驅(qū)動水流經(jīng)過熱源，進(jìn)行吸熱傳遞。優(yōu)點(diǎn)：水冷散熱效率高，熱傳導(dǎo)率為傳統(tǒng)風(fēng)冷方式的20倍以上，可以解決幾百至數(shù)千瓦的散熱問題，是風(fēng)冷效果所不能比擬的。因?yàn)榧词故巧嵝首罡叩臏u輪風(fēng)扇風(fēng)冷散熱，其溫度比水冷散熱也要高大約10℃；相比于風(fēng)冷散熱，水冷散熱因?yàn)闆]有風(fēng)扇，所以不會產(chǎn)生振動現(xiàn)象，也無風(fēng)冷散熱的高噪音。缺點(diǎn)：需要良好的通風(fēng)環(huán)境，并且體積大，安裝和維護(hù)不方便，容易滴漏、安全性不高，價格一般也相對較高。?(4)熱管散熱熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的新型傳熱元件，它通過在全封閉真空管內(nèi)的液體的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量，它利用毛吸作用

3、等流體原理，起到良好的制冷效果。具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、溫度可控制等特點(diǎn)。將熱管散熱器的基板與晶閘管、igbt、igct等大功率電力電子器件的管芯緊密接觸，可直接將管芯的熱量快速導(dǎo)出。通過對上述幾種散熱方式的分析，我們不難看出，熱管散熱相對于其他幾種傳統(tǒng)散熱方式存在以下的優(yōu)勢：●熱管散熱技術(shù)具有散熱效果好，熱阻相對小，使用壽命長，傳熱快的優(yōu)點(diǎn)。熱管的熱導(dǎo)系數(shù)是普通金屬的100倍以上；●傳熱方向可逆，不管任何一端都能成為蒸發(fā)端和冷凝端；●優(yōu)良的熱響應(yīng)性。熱管內(nèi)汽化的蒸汽能以接近音速的速度傳輸，從而有效的提高了導(dǎo)熱

4、效果；●結(jié)構(gòu)簡單緊湊，重量輕，體積小，維護(hù)方便；●無功耗、無噪音、符合工業(yè)“綠色”的要求；●可以在無重力場的環(huán)境下使用。綜上所述：熱管傳熱利用熱傳導(dǎo)原理與致冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，通過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源以外。采用熱管技術(shù)使得散熱器即便采用低轉(zhuǎn)速、低風(fēng)量電機(jī)，甚至不需風(fēng)機(jī)，完全采用自冷方式，同樣可以得到滿意的散熱效果，使得困擾風(fēng)冷散熱的噪音問題以及大功率電力模塊散熱問題得到良好解決，隨著熱管加工工藝的不斷改善，其可靠性、安全性、耐用性將會更加提高，而成本和價格也會進(jìn)一步降低。熱管散熱器將有著傳統(tǒng)散熱器所無法比擬的優(yōu)勢，它的出現(xiàn)開辟了散熱行業(yè)的新天地

5、。2熱管的基本工作原理2.1工作原理物體的吸熱、放熱是相對的，凡是有溫度差存在的時候，就必然出現(xiàn)熱從高溫處向低溫處傳遞的現(xiàn)象。熱傳遞有三種方式：輻射、對流、傳導(dǎo)，其中熱傳導(dǎo)最快。熱管就是利用蒸發(fā)制冷，使得熱管兩端溫度差很大，使熱量快速傳導(dǎo)。一般熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成。熱管內(nèi)部被抽成負(fù)壓狀態(tài)，充入適當(dāng)?shù)囊后w（即工質(zhì)），這種液體沸點(diǎn)低，容易揮發(fā)。管壁有吸液芯，其由毛細(xì)多孔材料構(gòu)成。熱管一端為蒸發(fā)段（簡稱熱端），另外一端為冷凝段（簡稱冷端），當(dāng)熱管蒸發(fā)段受熱時，毛細(xì)管中的液體迅速蒸發(fā)，蒸氣在微小的壓力差下流向另外一端，并且釋放出熱量，重新凝結(jié)成液體，液體再沿多孔

6、材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段，如此循環(huán)不止，金旗艦鋼制散熱器60/70jinqijian量由熱管一端傳至另外一端。這種循環(huán)是快速進(jìn)行的，熱量可以被源源不斷地傳導(dǎo)開來。2.2組成與工作過程典型的熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，將管內(nèi)抽成1.3×(10-1～10-4)pa的負(fù)壓后充以適量的工作液體（即工質(zhì)），使緊貼管內(nèi)壁毛細(xì)多孔材料中的吸液芯充滿液體后加以密封。管的一端為蒸發(fā)段(加熱段)，另一端為冷凝段(冷卻段)，根據(jù)應(yīng)用需要在兩段中間可布置絕熱段。當(dāng)熱管的一端受熱時毛細(xì)芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端，放出熱量凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細(xì)力的作

7、用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)不己，熱量由熱管的一端傳至另—端。熱管在實(shí)現(xiàn)這一熱量轉(zhuǎn)移的過程中，包含了以下六個相互關(guān)聯(lián)的主要過程：(1)熱量從熱源通過熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯傳遞到（液－汽）分界面；(2)液體在蒸發(fā)段內(nèi)的（液－汽）分界面上蒸發(fā)；(3)蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段流到冷凝段；(4)蒸汽在冷凝段內(nèi)的（汽－液）分界面上凝結(jié)；(5)熱量從（汽－液）分界面通過吸液芯、液體和管壁傳給冷源；(6)在吸液芯內(nèi)由于毛細(xì)作用使冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)段。2.3工作條件圖1表示了熱管管內(nèi)汽-液交界面形狀，蒸氣質(zhì)量、流量、壓力以及管壁溫度tw和管內(nèi)蒸氣溫度tv沿管長的變化趨勢

8、。沿整個熱管長度，汽-液