散热方式（共7篇）
散热方式 篇1
1引言
某型相控阵风廓线雷达的T/R组件安装在室外机柜内,T/R组件由不同功率的功放组件组成,最大发热量约为83W。由于受到机柜尺寸的限制,柜体内布局十分紧凑,通风条件一般,目前采用机柜顶置风扇向外抽风方式为机箱内的T/R组件散热,但散热效果不是十分理想。研究表明:电子设备的失效55%是由温度超过规定值引起的[1],故有必要进行散热方式的改进设计,以保证T/R组件的正常工作。
2方案改进
2.1原设备情况
原设备T/R组件机箱安装在机柜内,没有独立的风扇系统对T/R组件进行强迫风冷散热,而是利用机柜顶部的顶置风扇通过风道抽风,冷却整个系统。其布局见图1。
2.2冷却方案改进设计
由于机柜内部空间有限,结构紧凑,且整个机柜布置在室外天线阵面下,环境温度较高。因此,考虑将风扇与T/R组件箱体设计为一个整体,直接对T/R组件进行强迫风冷,以达到整个T/R组件系统更好散热的目的。
改进方案1采用机箱底部两侧布置风扇见图2,改进方案2采用机箱正面布置风扇见图3。
利用ICEPAK软件对方案1和方案2进行仿真分析,比较分析结果,从而优化整个T/R组件的散热方式。
3仿真分析与计算
用ICEPAK实现该问题的计算及仿真的过程可分为五个步骤:参数设定、模型建立、网格划分、求解计算、后处理。
3.1模型建立
建模的目的是计算出T/R组件表面的最高温度,并通过优化,将其控制在可承受温度范围内。
本T/R组件箱内安装10个T/R组件,呈1行10列布置。先从整体上对机箱进行建模,在机箱内部建立T/R组件模型,由于10个T/R组件在水平方向呈“一”字排布,可利用ICEPAK的“Copy object”功能对余下T/R组件进行复制,从而完成整个T/R组件箱的建模(图2,图3)。
在满足精度要求的前提下,为了节省网格数量,提高计算效率,在本例子中采用的是粗网格划分方式,网格类型为“hexa unstructured”。优化方案1模型NODES数量为67520,HEXAS数量为61820,QUADS数量为24323;优化方案2模型NODES数量为56432,HEXAS数量为50944,QUADS数量为21346。
3.2求解计算
在启动fluent求解器之前,要先设置好求解残留和迭代次数,一般ICEPAK软件默认的参数设置就能满足迭代要求。求解开始后,ICEPAK会自动打开Monitor窗口来监视整个计算的收敛情况。求解完成后,Continuity残差虽然没有完全收敛,但是因为它已经远小于10-3且低于其他值,一般可以认为整个计算过程收敛了(图4)。
3.3后处理
求解过程结束后,要想了解具体的温度分布及气流流向,就需要进行后处理操作。ICEPAK后处理能力十分强大,本文主要关注的是T/R组件的表面温度以及哪种方案的冷却效果好,通过后处理中Plane cut的Show contours功能可以显示具体位置切片的温度分布,本文三种冷却方式均从T/R组件端面切片,取得的温度云图如图5所示。
对比统计表1结果可见,采用优化设计1可以将最高温度降低9℃,采用优化设计2可以将最高温度降低12.4℃,虽然改进设计1与改进设计2皆能满足散热需求,综合考虑改进设计2更优(同样的风扇数量下温度低3.4℃)。由于计算采用的是机箱对外界没有任何热量损失,而在实际工作状态中,热量的散失是不可避免的,因此,实际T/R组件上的温度要比计算得到的温度稍低。
4结论
本文针对该T/R组件机箱散热不畅的问题,提出了两种优化方案,并通过ICEPAK软件对优化方案进行了温度场仿真计算,结果表明优化方案的散热模式能有效降低T/R组件表面温度,措施有效可行,为该雷达T/R组件散热改进方案提供了依据。
参考文献
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[4]Fluent Inc.ICEPAK4.3User’s Guide[Z].
散热方式 篇2
20世纪以来, 中国已有两次决定现代化命运的重要转型。
60年前新中国的成立, 完成了由半殖民地半封建社会到新民主主义社会的历史性转变, 彻底扫清了中国走向现代化的制度障碍, 为当代中国一切发展进步奠定了根本政治前提和制度基础。社会制度转型, 这是决定中国现代化命运的第一次重大抉择。
30年前, 我们以“摸着石头过河”的勇气、“杀出一条血路”的决心, 拉开了改革开放的恢弘巨幕, 开始了从计划经济体制到市场经济体制的转变, 使我们这个曾占据人类文明中心地位的古老民族, 在落后世界现代化进程一个多世纪后, 赶上了现代化的最新浪潮。经济体制转轨, 这是决定中国现代化命运的第二次重大抉择。
今天, 从新世纪新阶段我国经济社会发展面临的新形势、新任务、新特点出发, 在科学发展观指导下, 我们又提出了加快转变经济发展方式的时代命题, 并以国家整体发展方式的转型, 推动中国经济社会科学发展的历史性变革。发展方式转变, 这是决定中国现代化命运的又一次重大抉择。
社会制度转型、经济体制转轨, 发展方式转变。三次变革, 处于不同历史时期, 源于不同历史环境, 反映了我们党引领中国发展进步能力的不断提高、对社会主义现代化建设规律认识的不断深化。如果说第一次“政治制度”抉择, 打下了中国现代化的制度基础, 创造新中国60年国强民富的辉煌成就;第二次“经济体制”抉择, 激活了中国现代化的动力源泉, 带来了改革开放30年的飞速发展;那么这次“发展方式”抉择, 将确定中国现代化的正确路径, 奠定未来中国全面协调可持续的发展格局。
对国家来说, 经济发展方式转变有三个转变和八项重点工作。三个转变是:“要促进经济增长由主要依靠投资、出口拉动向依靠消费、投资、出口协调拉动转变, 由主要依靠第二产业带动向依靠第一、第二、第三产业协同带动转变, 由主要依靠增加物质资源消耗向主要依靠科技进步、劳动者素质提高、管理创新转变。”八项工作是:加快推进经济结构调整, 加快推进产业结构调整, 加快推进自主创新, 加快推进农业发展方式转变, 加快推进生态文明建设, 加快推进经济社会协调发展, 加快发展文化产业, 加快推进对外经济发展方式转变”, 这8个“加快”关涉经济、社会、文化各方面, 深刻体现了经济发展方式转变的全局性战略意义。
经济发展方式转变, 当然也包括我们采暖散热器行业, 我们行业如何转?我谈点自己的看法供大家参考。
(一) 转变重低成本优势、轻自主创新能力的发展方式。
辽宁省目前散热器行业的发展水平低于其它一些省市, 原因很多, 但重要的一条就是企业规模普遍偏小, 创新能力不强, 生产低端产品, 依靠低成本优势, 压价竞争, 转变发展方式已刻不容缓。对企业来说, 一是要根据国内外市场变化以及本行业科技进步的发展趋势, 加快推进企业自主创新, 做好产品的结构调整。一方面对外开放, 通过引进、消化、吸收再创新, 使自己的技术、产品、品牌有竞争力;另一方面, 加强企业自主研发力度, 要培养好、用好人才, 争取突破更多关键技术, 能够获得更多自主知识产权, 不断增强市场竞争力。二是要苦练内功, 实现精细化管理, 进行管理创新。每个企业、特别是骨干企业都要对原材料采购、生产加工、施工安装、市场营销和售后服务等每一个环节逐步运用程序化、标准化、数据化、信息化的手段进行管理。希望有条件的企业联合科研设计院所、大专院校, 逐步实现科研设计、制造、安装一体化发展。中、小企业可与他们开展各种形式的经济技术合作, 建立稳定的技术研发、工程协作等合作关系, 提高市场竞争力, 打破企业目前严重的同质化现象。自主创新是企业持续、健康、稳定发展的基础, 是企业生命力之所在。
(二) 转变重数量、轻质量、轻资源环境的发展方式。
我们以前的发展方式注重企业的年产量、年产值、年利税的增长, 而对散热器的设计、加工制作、工程施工的质量重视得不够, 或者说下的功夫不够, 没有把质量放在第一位。我们大家都知道散热器是属于可循环使用的产品, 但散热器质量不好, 使用年限不长, 同样达不到低碳经济发展的要求。这里公布一些数据, 就可以看出质量的重要性。有研究指出, 地产建筑业的碳排放占了人类活动全部二氧化碳排放的30%～50%。据统计和资料显示:目前我国每年老旧建筑拆除率占新建建筑面积的40%左右。按照我国的强制标准, 普通建筑规定的合理使用年限是50年, 而目前我国的建筑平均寿命不到30年, 而美国房产寿命约为80年, 欧洲超过80年, 英国达132年。中国建筑的“短命”, 恰恰是最大的碳排放源头。我国建筑垃圾数量已占城市垃圾的30%～40%, 构成一个巨大的污染源和碳排放源头。另外, 建筑“短命”加大了建筑业整体的碳排放量, 不管采用任何公式计算建筑物的碳排放量, 都要从建筑材料的生产、运输、建造、安装、拆除过程的生命周期计算, 而其基本的分母是使用年限。撇开居住的排放不说, 建造的排放年限越长, 年均的排放就越低。所以提高建造的质量, 提高建筑物的使用年限, 无疑为整体减少建筑业的碳排放。那么我们散热器也一样, 只要将设计、制造、安装施工质量把好关, 下大功夫, 提高使用年限, 那么散热器也能做到低碳、绿色环保, 就能实现经济与生态的统一、人与自然的和谐。
(三) 优化结构, 促经济发展方式转变。
一是优化产业结构。重点建立沈阳、大连、鞍山、营口、葫芦岛五个散热器产业基地, 延伸产业链, 带动其它地区发展, 发挥集聚效应, 广泛应用高新技术和先进实用技术改造和提升散热器制造业, 同时要抑制高消耗、低效益、低水平重复建设的企业, 解决好行业内低水平、无序竞争、市场混乱的问题。
二是优化产业组织结构。以十强企业、定点生产企业为主导, 推进散热器行业社会化和专业化分工, 扶优扶强, 兼并重组, 发展为散热器生产、安装服务的服务业。通过优化产业组织结构, 扩大产业链, 逐步形成既有利于规范、有序、公平竞争, 又有利于分工协作, 实现大、中、小企业合理分布的格局。
三是优化企业产品结构。以节能、节材、节水、节地、环保为方向, 组织企业搞好散热器和与之配套产业的新产品、新工艺、新技术、新设备的开发、推广、应用。企业要特别注重引进先进和精密的制造设备和精密的检测设备、仪器、仪表, 努力实现装备的现代化和集约化生产。尽快实现工艺装备调新、产品结构调优、技术含量调高、企业实力调强, 处理好质量和效益的关系, 否则企业在市场上就没有竞争力。
四是搞好企业形象建设和实施品牌战略。企业的形象和品牌在市场竞争中越来越显出其重要性, 企业的形象要靠企业文化来体现, 希望每个企业把文化建设纳入到企业发展的战略之中。企业的品牌的塑造要抓好“三品”, 即要有一个好产品, 要有一个好品质 (质量能保证) , 企业要有一个好品行, 要诚实守信, 有社会责任心, 能为用户着想, 提供优质服务, 品牌建设这“三品”缺一不可。协会可提供多方面服务, 搞好辽宁省散热器名优产品评选, 质量合格证的审定, 优秀企业家评选, 明星企业的评选, 授予辽宁省低碳、节能、环保生产基地等服务, 为企业增加知名度、形象建设、品牌建设服务。
(四) 加大人力资源开发, 加快人才队伍建设, 大力拓展行业发展空间。
一是实施人才战略, 加快散热器人才队伍培育。要采取多渠道、多层次、多方式培养和引进人才, 解决行业内技术人员少、管理人才少、技术工人少的突出问题;树立人才是最大竞争力的观念, 千方百计引进高层次人才, 增强企业发展后劲;要制订人员培训计划, 对师、员级人员和技工进行轮训。
二是树立大散热器概念, 拓展行业发展空间。1.在原有散热器的制造安装的基础上, 进行两头延伸, 形成设计、原材料加工生产、加工制作、施工安装、售后服务的一条龙产业链。2.拓展国内市场。不能只把目光盯住辽宁的散热器市场, 而要放眼全国, 抓住东部沿海经济大发展, 东北老工业基地大振兴, 中部经济大崛起, 西部大开发的重大战略机遇, 抢占国内市场。3.实施“走出去”战略, 采用承揽国外工程、对外加工、与国外企业合作, 出劳务、来料加工等多种方式, 开拓国际市场。积极做好优秀企业的对外宣传推介工作, 对外打造辽宁散热器的良好品牌, 鼓励和支持企业参与国际经济技术合作与竞争, 融入国际经济技术大循环。
(五) 坚持物与人的统一, 在发展经济的同时兼顾职工利益。
散热方式 篇3
李建忠副会长兼秘书长在讲话中首先指出，在过去的两年里采暖散热器行业在四个方面取得了新的发展和突破。一是部分企业特别是铸铁散热器企业，投入大量的资金，加快技术创新，引进先进铸造设备与技术，实现机械化和自动化生产，采用前处理设备和防污、防尘设备，提高生产水平，提高了生产效率，比较有效地防治了生产过程的环境污染，在节能减排方面实现了新的突破;二是按照中央关于要加快建立以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系的整体部署，全行业建立起一批散热器研发基地，在推动行业自主创新促进科技成果转化方面又有了新的突破;三是新开发的一批散热器，都通过了原建设部的科技成果评估，使我们行业在新产品开发研制方面又有了新的突破;四是我们的一些企业越来越重视品牌建设，把培育品牌、珍惜品牌、保护品牌纳入企业发展的战略目标，以提高产品在国内外市场上的竞争力。一些企业还高度重视企业文化建设，把企业文化建设作为发展的软实力，大力弘扬企业文化;树立科学发展管理理念，坚持以人为本，增强企业发展的实力方面又有了新的突破。他认为，从近两年行业发展取得的发展成果看，我们行业的发展是着眼于全国经济的大局，积极走科学发展的路子，以创新的思维推动企业技术进步和企业文化建设，展现出今后发展的良好势头。他说：行业的新发展和突破，“很令人鼓舞和欣慰”。“委员会的工作服务意识强，富于创意，给人以新鲜感。”
李建忠在讲话中强调，国家转变经济发展方式的重大战略为我们行业发展提出了新的要求。因此，转变行业发展方式势在必行，必须抓住制约行业发展的突出问题，重点突破。他指出，轻型散热器防腐、铸铁散热器传统落后的生产工艺，是制约、影响我们行业可持续发展的两个突出问题，是行业全体同仁面临的两个重大课题。我们必须创新发展理念，转变发展方式，破解发展难题，下决心加以解决，把行业发展真正转入科学发展的轨道，推动行业健康持续发展。
李建忠在讲话中，还就如何破解这两个难题作了重要的论述。他说，解决轻型散热器防腐关键在于解决水质，政府有关部门已经在这方面有了动作，有的实施力度还不小，但客观上解决水质问题难度也很大。从全国看，生活用水的供需矛盾还很突出，有的居民饮用水的水质还没有完全达标，在这种情况下彻底解决锅炉水质达标难度不小。同时，解决水质也不是唯一的出路，如果我们经过努力，能突破部分散热器自身的防腐，就有可能破解这一难题。我们应该在材质上、工艺上、加工质量上和防腐材料上下功夫，进行攻关、加以突破。我们有的企业已研制出利用不锈钢管、铜管等材料做内衬的钢制、铝质轻型散热器，比较好的起到了防腐作用，既不影响散热器功能，成本又没太大提升，这可能是一个很有益的探索和突破。关于铸铁散热器，目前从总体上还属于传统落后的制造业，出路和希望就是用先进的技术、装备对它进行提升改造，向精品化、轻型化方向发展。河北圣春散热器股份有限公司就为我们行业破解这一难题做了带路人、排头兵，开创了改造提升铸铁散热器传统工艺的先河，很令人鼓舞，也很令人欣慰。
中国建筑金属结构协会副秘书长兼采暖散热器委员会主任宋为民作了题为“提升力量，全力夯实创新、品牌、文化、和谐发展之路”的工作报告，全面回顾了两年来行业发展所取得的成就，向大会汇报了委员会的工作，对明年的行业发展提出了建议。(全文另发)
中国建筑金属结构协会副会长、北京三叶散热器厂董事长王定山，采暖采暖散热器委员会副主任、清华大学教授肖曰嵘，中外合资宁波宁兴金海水暖器材有限公司董事长岑国辉，河北圣春散热器股份有限公司副总经理常明江，兰州陇星散热器有限公司总经理吴继祖等22位同志也在大会上作了精彩发言。来自全国的200多名专家、教授、企业家、供应商、经销商、行业技术和管理人员参加了大会。
会议还为荣获“中国采暖散热器行业知名品牌”、采暖中国·走进名企“突出贡献奖”、“优秀供应商”、“优秀经销商”、“优秀传媒”、“抗震救灾突出贡献的单位颁发了证书;为获“2008‘金海杯’行业文化摄影大奖赛”人员颁发了奖杯及奖金。
散热方式 篇4
随着现代社会的飞速进步,计算机已成为人们工作、生活、学习中的重要帮手,这就促使其性能不断地提高来满足人们的需要,但同时也随之产生了一些问题。比如由于CPU芯片的集成度、封装密度以及工作频率的不断提高,导致它的功率不断增大,发热量惊人上升。CPU温度过高将会影响计算机的可靠性及稳定性,Intel和AMD两大巨头的CPU产品的最高允许工作温度分别为70 ℃和80 ℃[1]。Bar-Cohen等[2]指出电子元器件的温度若超过正常工作温度,每升高2 ℃它的稳定性将降低10%。所以在CPU芯片上加装散热器将产生的热量散发出去,使其维持在正常工作范围内,成为现今研究的一个热点。
目前,计算机使用最多的CPU散热方式为风冷散热,它是最为传统的,也是最成熟的一种散热方式。它的原理简单来说就是通过散热片将热传导出来,再通过风扇转动,加强空气流动,通过强制对流的方式将散热片上的热量传至周围环境。风冷式散热法的主要优点是结构简单,价格低廉(比较其它散热方法),安全可靠,技术成熟。所以适合广大一般用户。
依据散热片的材料,市场上的风冷散热器主要有全铝、全铜和铜铝复合式三种。一般说来,铜的导热率比铝要高,但并不是全铜的散热器就比铝的和铜铝复合的好,因为铜虽然在吸热速度上比铝快,但在放热速度上却恰好相反。铜铝复合式兼顾了两者的优点,成为主流产品。
前人的研究[3,4,5,6,7]主要是对平直翅片型风冷散热器,大多将其放在流速均匀的水平流道中做实验测试和数值模拟来分析其散热性能,获得了一些有益结论。文中对一款典型的铜铝复合型散热器的散热性能进行了实验测评,散热器结构如图1所示。
1 实验测试装置及过程
由于CPU冷却一般是采用轴流风扇加散热器的冷却方式,即射流式。该实验将散热器放在圆形截面形状的风道中进行研究,对散热器进行射流送风,如图2所示,风道长度足够使来流充分发展,以便电球式热风速计测量风速。采用电阻丝模拟实际的CPU芯片发热,将其置于保温盒中,使其产生的热量几乎全部由散热器导出。散热器与发热装置间放有云母片和2 mm厚的铜板,在铜板上布置E型热电偶测量散热器底部中央温度,近似为CPU表面温度。散热器与铜板间涂上导热硅脂,填充散热片下表面与铜板表面之间的细小缝隙,把CPU所产生的热量迅速均匀地传递给散热片,从而最大限度的增加散热片与CPU的接触面积,使散热效果达到最佳。实验通过接触式调压器改变输入功率和风机送风量,测量在不同功率、不同风速下的CPU表面温度,利用温度计测量进出口风温。
2 散热性能评价方法
Christian Belady[8]提出了对散热器性能的评价应该标准化,陈希章等[9,10]探索出从散热器的瞬时储热能力和热阻,以及CPU表面温度三个方面进行散热器性能评价的标准方法。瞬时储热能力即是迅速吸热能力,使CPU通电瞬间所产生的高热量不会将芯片烧坏。散热器的总热阻R
3 实验结果及讨论
实验首先测试了在相同风速条件下,改变输入功率时散热器的散热性能。图3反映的是风速为1.0 m/s时,功率分别为65 W,86 W,100 W,120 W,130 W时的CPU表面温度的变化过程。从图3中可以看出,对模拟芯片加热后,在开始的一段时间,由于CPU通电瞬间,发热量很大,CPU表面温度迅速上升,后逐渐趋缓至稳定值,即达到热平衡状态。在相同风速下,输入功率越大,CPU表面平衡温度越高,且阶跃值越大。当功率从120 W上升至130 W时,CPU表面最高温度从57.2 ℃跃至65.7 ℃,接近CPU最高容许温度。图4和图5是风速分别为1.5 m/s和2.4 m/s时的散热全过程,当功率为130 W时,CPU表面最高温度分别为53.6 ℃和49.6 ℃。可见,风速对散热器的散热性能影响较大。
测试散热器在不同气体流速下的散热性能是评价散热器的最主要方法。图6即显示了风速对散热器散热性能的影响,在相同功率下,风速越大,CPU表面平衡温度越低。在低风速下,功率对散热性能的影响较大;但随着功率的增大,风速的增加对其性能影响的显著性降低。当风速达到2.4 m/s时,噪音增加,散热器综合性能降低。可见在不同功率下,都存在最优冷却风速。所以在散热器上加装可调节转速的风扇,那么在CPU闲置时和发热量低的情况下可以低速运转,降低了噪音。在CPU满负荷运行状态下高速运转,满足其散热需求,从而提高了散热器的综合性能,能较好地满足CPU发热量在120 W以下的散热需求。
上述各图是从瞬间储热能力和CPU表面温度两个方面反映散热器的散热性能,图7则是从热阻方面来分析散热器的性能,从图中可以看出在相同功率下,风速越大,热阻越小,风速从1.0 m/s升至1.5 m/s,热阻减小幅度大;风速从1.5 m/s升至2.4 m/s,热阻降低幅值减小,特别是功率在65～86 W时,且并非风速越大热阻越小;功率在100～120 W之间时,风速增大对热阻的降低影响较为明显,可见在功率较低时采用高风扇转速,不仅增加了噪音,且不能显著提高散热性能,甚至降低散热性能。在相同风速下,功率从65 W上升至86 W时,随功率的增大,热阻明显增大;功率增至100 W时,热阻降低,此时散热器的性能得到了很好地发挥;功率继续增大,热阻增大的幅值降低。可见相对风速对散热性能的影响,功率对其影响较小。
4 结 语
通过对该款散热器性能的测试,在Intel设计要求下,满足Intel Core2 Duo系列,Intel P4 LGA 775 3.4 GHz的散热需求。一般来说,在相同功率下,风速逐渐增大,CPU表面平衡温度越低,热阻越小,散热性能越好。但并非风速越大其性能越好,风速增大所产生的噪音,降低了散热器的综合性能。所以应该在散热和静音之间找到平衡点,以保证计算机的整体性能。实验所设计的的测试平台具有通用性,为后面对其结构上的进一步研究打下了基础。虽说现在许多新型散热器不断涌现,但因其技术的不成熟,价格昂贵等原因都不能得到广泛应用。传统的风冷散热器技术已经相当成熟,对其进行结构上的改进,使其满足现今日益飙升的发热量是可行的,且有一定的研究价值。
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铝质散热器替代铜质散热器的分析 篇5
铜质散热器转换为铝质散热器, 有如下几方面的优势。
1 抗拉强度高
散热器的主要失效模式是焊缝漏水。焊缝焊接强度的高低是决定漏水几率的主要因素。从上表可以看出, 在焊缝强度上, 铝质散热器比铜质散热器有明显的提高。
2 散热性能好
通常大家认为, 由于铜的导热系数远比铝的导热系数高, 因此铜质散热器的散热能力要比铝质的高。实际铝质散热器的散热能力要比铜质的高。铜质散热器在制造的过程中多采用炉中及火焰软钎焊焊接, 焊接温度较低, 散热管与散热带 (片) 及各零部件的连接是通过锡铅焊料连接在一起的 (如图1所示) 。散热管向散热带 (片) 传递热量时中间要经过锡铅焊料层的间隔, 使得传热效率大大降低, 从而造成了散热器的散热效率较低, 影响了散热器的散热量。
管带式铝质散热器在制造过程中多采用炉中高温硬钎焊焊接, 经焊接完成后散热管与散热带 (片) 已完全熔合在一起 (如图2所示) , 这样热量在传递时由散热管直接传到散热带, 中间没有热量传递的损失。因此其散热效率较高, 散热器的散热量较大。
通过对两种不同材质的散热器进行散热性能的对比试验表明, 在散热面积相同的情况下, 铝质散热器的散热量要比铜质散热器的散热量高出30%以上 (管带式) 。
3 成本低
铜的密度为8.9g/cm3, 铝的密度为2.7g/cm3, 因此在同样体积大小下, 铝的重量仅为铜的1/3;但由于以下三方面的因素, 导致铝质散热器的成本较铜质散热器的成本降低约10%~17%左右:
1) 铝质散热器使用的材料要比铜质散热器用的材料料厚;
2) 铝质带材为覆合层料, 加工费用较高;
3) 铝质散热器成品率 (或材料利用率) 较铜质的低。
4 使用寿命长
由于铝质散热器的焊缝强度的提高, 散热管所用材料内部为防腐层 (Al-Zn) ;或采用冷拨料 (虽无防腐层) 料厚, 铝质散热器的设计使用寿命为7年;而铜质散热器的设计使用寿命为5年。
5 生产保证能力强
铝质散热器采用NOCOLOK焊接炉, 可通过的芯体的最大尺寸为:1200*160 (芯宽*芯厚) , 可以连续不断的进行焊接, 该焊接炉的生产能力为100万台/年/炉。
综上所述, 铜质散热器转换为铝质散热器具有成熟的生产经验, 经过市场验证, 结合多方面因素, 该方案是完全可行的。
摘要：通常大家认为, 由于铜的导热系数远比铝的导热系数高, 因此铜质散热器的散热能力要比铝质的高。实际铝质散热器的散热能力要比铜质的高。
关键词：铜材,铜质散热器,铝质散热器,散热量
参考文献
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散热方式 篇6
随着电子组件发热密度的不断增加, 散热需求也日益增加, 散热设计的困难度也越来越高, 花费的成本也越来越多[1]。在电子设备散热方式中, 空气冷却的散热器是经济性可靠性最好的散热方式, 也是目前使用的最为广泛的散热器形式, 以往空气冷却散热器以增加散热面积为最基本的提高散热的方法, 但有时该方法会受到结构因素影响而不能采用, 因此如何有效提高散热效率已成为一个非常重要的研究课题。机柜散热系统的好坏对机柜稳定安全运行是很重要的一个影响因素, 散热系统的失效会导致机柜温度过高, 可能会导致死机甚至烧毁元件, 散热系统有效运行能保持机柜在适当的范围内的温度, 保证机柜能稳定、高效、安全地运行。本文利用CFD软件对机柜散热系统进行模拟, 分析模拟结果, 并对散热系统结构进行优化设计。
1系统概述
本文机柜散热系统主要由热管、散热主板、显卡散热器、各部位风扇及风道所组成, 主要部件散热原理如下:
①CPU散热系统由热管将CPU的热量传递至散热主板, 散热主板反面位于机柜背面风道, 散热主板正面位于机柜正面风道, 系统风扇维持机柜内部空气流动, 并在散热主板正反面通道中带走散热主板热量, 维持CPU温度于一定温度值;②显卡散热系统由显卡散热器和显卡风扇组成, 显卡芯片工作产生的热量直接传递至与芯片直接接触的散热器上面, 风扇将外部空气吹过散热器表面, 空气与散热器进行对流传热带走散热器中的热量, 维持显卡芯片温度在一定温度值;③电源散热由电源内部结构和电源风扇组成, 电源风扇将外部空气吹入电源元器件表面, 由空气与元器件的对流传热带走元器件产生的热量保证电源温度维持在一定值;④其他元器件由系统风路中的空气对流带走热量, 保证合理温度值;⑤机柜中风道受结构影响, 建模时在机柜整体模拟中进行考虑。
2建模过程
在Proe 5.0软件中对单风道系统和双风道系统进行结构分析, 进行散热系统结构建模初选, 主要结构区别在于单风道系统在主板下方背板进口处有横梁挡住背板进风口, 使系统仅有主板正面一个风道, 而双风道系统主板下方背板进口处无横梁挡住背板进风口, 使系统有主板正面和主板背面两个风道, 结构如图1所示。
将Proe 5.0中初选的单风道系统和双风道系统结构模型导入Flotherm前置建模软件Flo MCAD进行散热系统建模。
在Flo MCAD中将Proe 5.0建立的单风道系统和双风道系统结构模型进行转换成Flotherm能识别处理的散热系统模型 (图2) 。
在Flotherm软件中定义模拟环境参数、计算参数, 定义散热系统各部件材料属性, 定义风扇属性、边界属性、热源属性等相关参数, 主要参数定义如表1所示。
在Flotherm软件中定义所需要的监视点, 进行相关属性设置;
在Flotherm软件中的网格处理模块对系统进行网格划分和相关参数设置, 单风道系统和双风道系统结构模型网格划分为1117256个网格;
将散热模型作认真核对检查, 设置合理的分析类型及分析条件, 进行仿真。
3分析结果
单双风道系统比较仿真分八次仿真, 分别为两种不同风道系统下环境温度25℃、35℃、45℃、55℃时的仿真。
3.1环境温度25℃时仿真结果单双系统和风道系统仿真在环境温度25℃时仿真结果为单风道系统最高温度62.1℃, CPU核心温度34℃, 双风道系统最高温度61.6℃, CPU核心温度33.5℃。双风道系统最高温度比单风道系统最高温度低0.5℃, CPU核心温度低0.5℃, 双风道系统散热效果较好。单双系统和风道系统仿真在环境温度25℃时仿真结果温度分布图如图3所示。
3.2环境温度35℃时仿真结果单双系统和风道系统仿真在环境温度35℃时仿真结果为单风道系统最高温度72.1℃, CPU核心温度44℃, 双风道系统最高温度71.5℃, CPU核心温度43.5℃。双风道系统最高温度比单风道系统最高温度低0.6℃, CPU核心温度低0.5℃, 双风道系统散热效果较好。单双系统和风道系统仿真在环境温度35℃时仿真结果温度分布图如图4所示。
3.3环境温度45℃时仿真结果单双系统和风道系统仿真在环境温度45℃时仿真结果为单风道系统最高温度82.2℃, CPU核心温度53.9℃, 双风道系统最高温度81.3℃, CPU核心温度53.5℃。双风道系统最高温度比单风道系统最高温度低0.9℃, CPU核心温度低0.4℃, 双风道系统散热效果较好。单双系统和风道系统仿真在环境温度45℃时仿真结果温度分布图如图5所示。
3.4环境温度55℃时仿真结果单双系统和风道系统仿真在环境温度55℃时仿真结果为单风道系统最高温度91.6℃, CPU核心温度63.7℃, 双风道系统最高温度91.6℃, CPU核心温度63.4℃。双风道系统最高温度比单风道系统最高温度低0℃, CPU核心温度低0.3℃, 双风道系统散热效果较好。单双系统和风道系统仿真在环境温度55℃时仿真结果温度分布图如图6所示。
3.5单双风道仿真结论在四种不同环境温度下的模拟结果比较关键数据如表2所示。
由表中可以看出在四种不同的环境温度下双风道散热效果均比单风道散热效果好, 在散热结构改进设计时可以进行结构优化调整, 让机柜散热结构形成双风道的散热形式, 能提高整个机柜的散热效果。
4结论
从Flotherm的详细建模过程以及仿真结果分析中, 可以得到如下结论:①Flotherm可以通过建模时候设置实测时使用的相关参数改进模拟精确程度, 使仿真结果尽量接近实验, 对分析和设计有较强的指导作用。②通过Flotherm仿真, 可以获得无法通过实验得到的数据, 如散热系统内部的温度分布和速度分布。③通过Flotherm仿真, 可以在改进设计早期阶段对多种方案进行分析比较, 获得优选方案, 从而大量减少实验次数, 缩短了研发周期, 降低了研发成本。总之, 在Flotherm散热仿真模拟中, 综合考虑各种影响因素后, 可以确保仿真结果一定精度内的可靠性, 对于热设计工程师, 可获得常规实验所无法得到的数据, 对所研究的散热系统进行优化设计。利用Flotherm散热仿真技术, 热设计工程师可以大大减少实验次数, 缩短产品开发周期, 节约开发成本。
参考文献
[1]陈翔, 史雪辉.基于Flotherm的散热器的优化设计[J].机械电子微波结构工艺学会学术会议论文集, 2008:236-239.
[2]徐维新.电子设备可靠性热设计指南[M].北京:电子工业出版社, 1995.
散热方式 篇7
CPCI主板如安装在强迫风冷或自然通风散热的机箱内,一般选择整体上盖结构进行主板加固,安装模块时无需辅助零件、通用性较强,可用于标准6UCPCI商用、工控和其他特种计算机。本文基于牛顿冷却对流方程,使用迭代法计算整体上盖散热片的散热效果,并在最后给出有限元分析法的结果作为对比。
2结构形式
散热片的具体结构为设计一块整体上盖覆盖在主板上,并通过两侧和中心的螺钉固定牢固,以增加主板整体刚度。主板上主要发热元件(CPU、网络控制器)通过局部散热片(上盖的一部分)散热,其他发热元件直接通过自然通风散热。主板前面板高度为6HP。模块整体结构尺寸为233.35×175.84×30mm(不含助拔器),如图1所示。
整体上盖的中部为局部散热片,散热片下部设有对应主要发热器件(CPU、网络控制器)的局部导热块,使发热器件上的热量经过散热片的散发到空气中。整体上盖其他部分为镂空的框架结构,以方便空气的流通,其外形尺寸为227×149×22mm,具体结构如图2所示。
3热功耗统计
CPCI主板上的主要发热元件的热功耗如表1所示(均选取合理的假定值),合计主板总热功耗为5.53W。
4散热计算
CPCI主板上热流密度最大的元器件是CPU和网络控制器,通过设计局部散热片散热,并在其接触面涂抹软性导热材料以减小接触热阻,而其他元器件直接通过自然通风散热。局部散热片为上盖的一部分,为方便计算,等效为图3所示散热片的结构。为减小自然对流条件下散热肋片间的空气阻塞,取肋片间距为10mm。CPCI主板位于计算机机箱内,设置机箱内温度为65℃,压力为一个标准大气压。
C P U表面的工作温度TCPU=th+△tc+△tsc+△t1,网络控制器表面的工作温度Tw=th+△tc+△tsw+△t2,其中:
th—机箱内部空气温度,取值为65℃(高于一般机箱外部最高工作环境温度55℃);
△tc—局部散热片对机箱内部空气温升;
△tsc—局部散热片CPU导热块部分的下表面到上表面的温升,采用稳态传导热流的基本关系式进行计算△t=QL/(KA)(公式1),Q=1.5W=0.36cal/s(CPU的耗散功率),L=11.9mm(CPU导热块部分的高度),K=0.0343cal/s·mm·℃(铝合金的导热系数),A=29×29mm2(CPU导热块部分的截面积),计算结果为△tsc=0.15℃;
△tsw—局部散热片网络控制器导热块部分的下表面到上表面的温升,计算原理参照△tsc,计算过程略,结果为0.17℃;
△t1—局部散热片CPU导热块的下表面到CPU封装接触面的温升,中间为软性导热材料,计算原理参照△tsc,计算过程略,结果为1.9℃;
△t2—局部散热片网络控制器导热块部分的下表面与网络控制器封装接触面的温升,中间为软性导热材料,计算原理参照△tsc,计算过程略,结果为1.5℃。
△tc计算。
由于此散热片为薄片结构(厚度不含肋片为3mm),忽略四周侧壁的散热和上下表面的温差,对△tc采用牛顿冷却对流方程(单位转换为英制)进行计算:Q=hcA△t(公式2),其中:
Q—耗散功率(此处为CPU和网络控制器的耗散功率之和2.55W);
hc—自然对流换热系数,增加散热片肋片后的换热系数需要修正;
A—热流路径横截面积;
△t—散热片与空气的温差。
单位转换为英制,涉及的单位中Btu为英制热量单位、h为小时、ft为英尺、℉为华氏度。
CPCI主板上的局部散热片水平放置,使用简化层流自然对流方程计算上表面hcs、下表面hcx和肋片的垂直侧面hcc:
其中:L—热流路径,水平面,肋片的L约等于肋片长度;η—肋片自然对流换热系数的修正值。
取△t为5℃=41℉;(℉为华氏度)
(上表面无肋片的等效热流路径);
(下表面的等效热流路径);
(肋片侧表面的热流路径)。
η的计算如下:
K=83Btu/hft2℉(铝合金的导热系数,Btu为英制热量单位、h为小时、ft为英尺、℉为华氏度);
(上表面无肋片的自然对流换热系数);
(下表面的自然对流换热系数);
(肋片侧表面的自然对流换热系数)。
(散热器上表面无肋片的热流路径横截面积);
(散热器下表面的热流路径横截面积);
(肋片侧表面的热流路径横截面积)。
由公式2,得出:
即
反复把△t带入公式3、4、5进行迭代计算,得到最终的△tc值约为2.7℃。
b)结论
CPU表面的工作温度TCPU=th+△tc+△tsc+△t1=65+2.7+0.15+1.9=69.75℃,网络控制器表面的工作温度Tw=th+△tc+△tsw+△t2=65+2.7+0.17+1.5=69.37℃,均小于芯片表面的允许正常工作温度(85℃)。
5有限元分析结果
使用ANSYS中的Icepak模块对CPCI主板散热片进行热仿真。建立热力学模型并且划分网格,环境空气温度设为65℃(模拟机箱内环境),压力为一个标准大气压,热模型流态为湍流。经Icepak计算求解,得出具体结果如图4、5所示。
经Icepak仿真计算,CPCI主板主要器件仿真温度如下:CPU的工作温度TCPU=69.83℃,网络控制器的工作温度Tw=69.43℃,与上节公式计算结果相近。
6总结
由于公式计算简化了其他发热元件(内存、硬盘等)、整体上盖其他部分(除散热片外)、PCB印制板等散热因素,所以计算结果与热仿真结果有一定误差。随着计算机仿真技术的发展,越来越多设计人员直接使用有限元分析进行电子产品的热设计,但传统工程公式的计算方法作为热设计的基础,对有限元分析中边界条件设置、参数选择、热模型简化和原理性知识的学习等仍然具有重要意义。
摘要：以覆盖整体上盖散热片的典型CPCI计算机主板为例,在自然通风散热方式的情况下,使用迭代法计算散热片的散热效果,并比对有限元分析法的结果。
关键词：散热片,热设计,迭代法,热仿真
参考文献
[1]D.S.斯坦伯格.电子设备冷却技术[M].北京:航空工业出版社,1989(10).