大功率密闭机柜热管散热器的试验研究

　　随着微电子技术迅猛发展，电子器件特征尺寸不断减小，芯片集成度、封装密度以及工作频率不断提高，使得芯片热流密度和热负荷迅速升高，对装置可靠性造成极大威胁。在许多应用场合，为防止环境中灰尘、雨水或腐蚀性气体等的侵害，电子器件需集中放置在密闭机柜中，对机柜进行热设计时不仅要考虑柜内电子元器件工作时产生的热量，还要考虑太阳辐射对机柜产生的影响。因此开发满足高热流密度机柜散热要求的新型散热方式具有较高的工程实用意义。

　　热管曰是利用管内工作液体的相变传热将设备的热量传递出去，可以在较小工质充液量及较小温差下实现大功率热量的传递，具有导热性高、结构紧凑等特点。比较整体式热管散热器和独立式热管散热器的散热效果，测试了性能较好的整体式热管散热器在不同工况下的散热性能。m.该散热器工作时，离心风机（8不断地将柜内电子器件产生的热量形成高温气流沿中间隔板（1流向散热器蒸发端的散热翅片，使蒸发段（11管内工质吸热后相变蒸发，高温气流降温后由出口（12流回到柜内冷却发热电子器件。而管内蒸汽在压力差作用下上升至蒸发端上集管，通过蒸汽导管（10流向散热器冷凝端。在离心风机（6作用下柜外冷空气流经冷凝端散热翅片，不断地带走冷凝段（2热管内高温蒸汽的热量，吸热后的热空气由出口（3散发到柜外环境。而冷凝段管内蒸汽降温冷凝为液体，不断地汇集在冷凝端下集管处，并在重力作用下经回流导管（4快速回流至蒸发端下集管继续吸热蒸发。如此循环，散热器不断地将柜内热量散发到柜外环境中，使密闭机柜冷却降温，确保柜内电子器件正常工作。

　　1.中间隔板2.冷凝端3.外循环出风口4.回流导管5.柜门6.外循环风机7.外循环进风口8.内循环风机9.内循环进风口10.蒸汽导管11.蒸发端12.内循环出风口散热器工作原理示意试验装置试验装置，如、所示。分离式热管散热器（6放置在可调节温度的模拟环境箱（11中，环境箱采用燃油加热器（9）提供热风，通过温度传感器（14和控制器（13）调节环境箱中的温度，环境箱的进风口（7和出风口（10均装有气流整流器，以保持环境箱中温度分布均匀。试验装置主要由四部分组成：散热器、机柜、模拟环境系统及数据采集系统。机柜放置于环境箱内，通过改变环境箱内温度调节机柜外循环进风温度大小。模拟环境系统是通过风速调节器调节内、外循环进风速度，实现对进风风速的调节，柜内发热器件使用模拟加热器（8，通过可调变压器（4调节加热器输入电压实现不同功率的输入，加热器下方放置一台风扇（9），其目的是使柜内温度场均匀分布。数据采集系统采用温度数据采集器（2来完成柜内各部位温度值的采集。

　　1.计算机2.温度数据采集器3.风速调节器4.可变调压器5.功率表6.散热器7.均风装置8.模拟加热器9.风扇10.引风装置11.模拟环境箱12.燃油加热器13.温度控制器14.温度传感器试验装置示意。模拟环境箱2.密闭机柜3.温度数据采集器。

　　表1不同加热功率下的温差AT外进风温度/丈加热功率/kW内、外循环进风温差/丈不同外循环进风温度下，加热功率Q为不同时的内、外循环进风温差AT，如表1所示。由表1可知：外循环进风温度为50U加热功率为2kW时，柜内温度为68.7T，小于70T，满足机柜散热器设计要求。散热器在不同外循环进风温度下工作时，温差AT与加热功率Q之间的变化曲线图，如所示。从中可以看出，当Q不变时，随着外循环进风温度增加，AT都始终在一个稳定的温度值上下波动；外循环进风温度不变时，AT随功率Q的增加而呈线性关系增加，且不同外循环进风温度下的曲线斜率基本相同。试验结果表明：在一定温度范围内，散热器散热功率Q与内、外循环进风温差AT有关，和外循环进风温度关系较小。

　　4.2进风风速对散热器散热性能的影响4.2.1外循环进风风速的影响bookmark8当外循环进风口温度为10、内循环进风风速不同时，不同加热功率下散热器换热系数K随外循环进风风速变化情况，如所示。从中可以看出，当Q定时，K随外循环进风风速增大而升高，且曲线增加的速率逐渐平缓；随Q增加，K升高速率减小趋势越明显。试验结果表明：随着外循环进风风速增加，散热器换热系数升高，但这种作用随着外循环进风风速增加而逐渐减弱。

　　当外循环进风口温度为10、外循环进风风速不同时，不同加热功率Q下换热系数K随内循环进风风速变化情况，如所示。从中可以看出，当Q定时，K随内循环进风风速增加呈直线关系升高。试验结果表明：随着内循环进风风速增加，散热器的换热系数呈线性升高。

　　外循环进风风速Am/s>加热功率0（kW）不同外循环进风温度下加热功率对温差的影响Fig.4EffectofHeatingPower夕卜循坏进风风速/（m/s）外循环进K风速不同加热功率下内循环进风风速对换热系数的影响Fig.6EffectofInletAir外循环进风风速/（m/s）不同加热功率下外循环进风风速对换热系数的影响以解决大功率密闭机柜散热问题为研究背景，设计了一种新型的分离式热管散热器，并搭建试验装置对散热器散热性能进行试验研究，得出以下结论：（1分离式热管散热器在环境温度为50U柜内加热功率为2kW时，机柜内部温度为68.7U小于70U满足2kW密闭机柜的散热要求。

　　（2在一定的温度范围内工作时，散热器散热功率与内、外机械设计与制造bookmark11循环进风的温差有关，基本呈线性关系变化；随外循环进风风速的增加，散热器换热系数升高，但这种作用随外循环进风风速的增加而逐渐减弱；随内循环进风风速的增加，散热器换热系数呈线性升高。

　　（3）分离式热管的蒸发段和冷凝段分开放置，两者之间用蒸汽导管和回流导管进行连接，形成一个封闭的循环管路，极易密封；且工质在闭合回路中同向循环，避免了单管式热管容易出现的携带极限。分离式热管散热器具有散热效率高、适应能力强等优点，满足密闭机柜的散热要求，可用于大功率密闭机柜的冷却降温。