【正文】 周期的目的。 ? 優(yōu)缺點(diǎn)比較 對設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)的依賴度 設(shè)計(jì)周期 熱設(shè)計(jì)一次成功率 熱設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化程度 效率 傳統(tǒng)熱設(shè)計(jì)方法 完全 短 低 低，裕量大 低 仿真分析方法 強(qiáng) 長 高 高，裕量適中 高 77 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?電源模塊的熱設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢 ? 一次電源模塊的熱設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢 隨著電源模塊功率密度的升高，熱設(shè)計(jì)已逐漸成為瓶頸問題。傳統(tǒng)的集中散熱的方式 (所有的功率管全部集中在一個(gè)散熱器上 )無法滿足模塊體積逐步減小的要求。分散式散熱成為解決這一難題的主要技術(shù)。 ? 二次電源模塊熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 二次電源模塊正朝著高效率、超輕、超薄、高功率密度的方向發(fā)展。以 OPENFRAME結(jié)構(gòu)為代表的新一代模塊，如圖 17所示，通過電路技術(shù)上的改進(jìn)，提高了模塊的工作效率，降低了模塊的熱損耗，同時(shí)功率器件及 PCB耐溫等級的提高，使得模塊可以省掉金屬或陶瓷底板，進(jìn)而省掉了笨重的散熱器，有效的節(jié)省了系統(tǒng)的可見，同時(shí)提高了模塊抗震動(dòng)的能力。 78 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?大功率 UPS及變頻器熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?大功率 UPS及變頻器由于其熱損耗較大 ， 往往需要較大的散熱器 。 如何有效的提高散熱器的傳熱效率成為引導(dǎo)該類產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)發(fā)展的原動(dòng)力 。 由于傳統(tǒng)的型材散熱器傳熱效率最低 ， 而以 鏟齒散熱器 /針裝散熱器 /釬焊 /插片成型散熱器為代表的新的散熱器成型方式將逐步取代傳統(tǒng)笨重的型材散熱器 。 目前鏟齒散熱器 //釬焊 /插片成型散熱器已在我司獲得廣泛的應(yīng)用 。 ?熱管技術(shù)由于其傳熱溫差小 ， 傳熱效率高已在電子設(shè)備上逐步獲得應(yīng)用 。 應(yīng)用熱管技術(shù)可以有效減小散熱器的體積 ， 減小傳導(dǎo)熱阻 。 但由于熱管制造工藝復(fù)雜 ， 可靠性較低 ， 價(jià)格高 ， 在我司未獲得應(yīng)用 。 Material Effective Thermal Conductivity Heat Pipes1 50,000 200,000 W/m 176。 C Aluminum 180 W/m 176。 C Copper 386 W/m 176。 C Diamond 2,000 W/m 176。 C 79 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?分散式散熱技術(shù) ? 基本理念 80 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?分散式散熱技術(shù) ? 優(yōu)勢 可以自由根據(jù)各部分的損耗大小來設(shè)計(jì)散熱器，從而保證散熱器的最佳化。 散熱器可以自由置于最有利的通風(fēng)位置，從而提高散熱器的散熱效率。 可以最大限度的發(fā)揮風(fēng)扇的作用，提高了風(fēng)扇的利用率。 由于散熱器分散，部分區(qū)域的功率管可以省掉導(dǎo)熱絕緣膜。 產(chǎn)品的功率密度可以達(dá)到很高。 ? 劣勢 由于各部分散熱器已達(dá)到最佳化，散熱器抗熱沖擊能力會減弱，應(yīng)引起特別關(guān)注。 81 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) ? 什么叫熱管？ 熱管是一種具有高效導(dǎo)熱性能的傳熱器件。它能夠在熱源與散熱片間以較小的溫差實(shí)現(xiàn)熱傳遞，也可以在散熱器基板表面實(shí)現(xiàn)等溫以提高散熱器的效率。 ? 熱管的發(fā)展史？ ? 1942年前：簡單的二相熱虹吸管 J. Perkins及他的孫子 L. P. Perkins發(fā)明并改進(jìn)了 “ Perkins tube”即熱虹吸管 ——簡單的重力熱管。 ? 1960~1970年：發(fā)明熱管并成功應(yīng)用于航天事業(yè) 1942~1944年， R. S. Gaugler提出了現(xiàn)代熱管的原理，但未實(shí)際應(yīng)用； 1963年， G. M. Grover再次提出了這一原理，并以熱管命名； 六十年代，成功應(yīng)用于空間飛行和原子反應(yīng)堆； ? 七十年代至今：熱管在地面上各領(lǐng)域的應(yīng)用蓬勃發(fā)展 82 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管的基本結(jié)構(gòu) 熱管通過工作流體的蒸發(fā)與冷凝來實(shí)現(xiàn)熱量傳遞 。 熱管內(nèi)部為真空 ， 一般都有吸液芯 。 加熱端的液體在受熱后即汽化形成一個(gè)壓力梯度迫使蒸氣沿著管道流向冷凝端 ， 蒸氣在冷凝端釋放汽化潛熱而冷凝 ， 冷凝液體在吸液芯的毛細(xì)作用下或在重力的作用下回到加熱端 ， 形成循環(huán) 。 83 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ?熱管的基本結(jié)構(gòu) 84 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 主要型式：金屬絲網(wǎng) /金屬粉末燒結(jié) /軸向槽道 ?熱管的基本結(jié)構(gòu)－ 毛細(xì)吸液芯 85 高 高 低 高 即品質(zhì)因數(shù) 要大 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 llN??????????熱管的基本結(jié)構(gòu)－ 工作流體性能要求 86 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 介質(zhì) 凝固點(diǎn)（ ℃ ） 正常沸點(diǎn)（ ℃ ） 工作范圍（ ℃ ） 氨 R11 甲醇 78 111 98 33 24 64 60~100 40~120 10~130 水 0 100 30~300 導(dǎo)熱姆 12 257 150~395 鈉 98 892 600~1200 鋰 179 1340 1000~1800 ?熱管的基本結(jié)構(gòu)－ 常用介質(zhì) 87 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 熱源（ SOURCE） 汽化潛熱 熱沉（ SNIK） 凝結(jié)為液體 放熱段 蒸發(fā)為蒸氣 加熱段 Q Q 籍助于工質(zhì)的相變潛熱傳輸熱量 二大優(yōu)點(diǎn)： （ 潛熱 顯熱 ） （ 理論上 ΔT → 0） ?熱管工作原理之一 88 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) ? 熱管的工作原理之二 89 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 冷凝液籍助重力回流 ， 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單工作可靠 注意： ； 。 ?熱管技術(shù) ? 熱管的工作原理之三－ 重力熱管工作原理 90 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ： 冷凝液回收方式 熱管形式 重力 重力熱管 毛細(xì)力 標(biāo)準(zhǔn)熱管 離心力 回轉(zhuǎn)熱管 ?熱管技術(shù) ?熱管的形式 91 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 按熱管的結(jié)構(gòu)形狀，可分為： 單管型熱管 平板型熱管 分離型（回路）熱管 ?熱管技術(shù) ?熱管的形式 分離型熱管 平板型熱管 92 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 由于熱管的特有結(jié)構(gòu)，使它具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，它的應(yīng)用正是以這些特性為基礎(chǔ)。 （一）良好的導(dǎo)熱性： 導(dǎo)熱方式： 熱管 ——工質(zhì)相變 銅、銀 ——顯熱 ,自由電子 ,分子熱運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)熱系數(shù)： 倍 43e ff 10~10???熱管技術(shù) ?熱管的特性 93 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管的特性 對實(shí)心銅棒： ℃ 式中： A——銅棒的橫截面積 對于銅熱管：如 為 10℃ 則熱管的 式中： A——熱管的當(dāng)量橫截面積 且這一比值隨 d0↓， l↑而增大。 WQmlmmd 1 0 0 01200 ???mlKmW e f fcu )/(3 8 6 ????6598????? ?cue f fBA AlQt?BAt ??)(2 5 4 6 9 6 kmWtAlQBAe f fe f f ????????660386254696 ??cue f f??94 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管的特性－理想的等溫性 熱管正常工作時(shí)，內(nèi)部處于汽液兩相的平衡狀態(tài) ——ClausiusClapeyron Eq. ——熱管內(nèi)蒸氣由蒸發(fā)段流向冷凝段的壓差 ——蒸發(fā)段與冷凝段間溫差 因 很小，所以 也很小 但 （ ）隨 Q的增加而增加，可用于對等溫要求很高的黑體爐、等溫爐等 dpptdtvv??dpdtdpdpdtdt95 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 熱量： 即 熱流密度： 所以 Q ce ??eein AQq /?ccout AQq /?eco u tinAAqq ??熱管的特性－熱流密度可調(diào)性 outin ?96 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管的特性－傳熱方向的可逆性 97 熱源：熱流體的對流，熱固體的輻射熱， 固體的導(dǎo)熱 單向傳熱：熱二極管，美國阿拉斯加輸 油管道的永久凍土層熱管保護(hù)系 統(tǒng)， 114000支熱管，長度最長可 達(dá) 21m。 溫度控制：可控?zé)釋?dǎo)熱管。 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管的特性－ 對外界要求的適應(yīng)性 98 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管的特性－熱管的傳熱極限 粘性極限 聲速極限 攜帶極限 毛細(xì)極限 沸騰極限 99 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 R1：熱源與蒸發(fā)段外壁面間的 （ 對流 ） 換熱熱阻 R2：蒸發(fā)段管壁的徑向?qū)釤嶙?。 R3：蒸發(fā)段吸液芯的 （ 徑向 ） 導(dǎo)熱熱阻 R4：蒸發(fā)段內(nèi)表面的 蒸發(fā)換熱熱阻 R5：蒸汽的軸向流動(dòng)熱阻 R6：冷凝段內(nèi)表面的冷凝換熱熱阻 R7：冷凝段吸液芯的 （ 徑向 ） 導(dǎo)熱熱阻 R8：冷凝段管壁的 （ 徑向 ） 導(dǎo)熱熱阻 R9：冷源與冷凝段外壁面的 （ 對流 ） 換熱熱阻 R10：管壁與吸液芯的軸向?qū)釤嶙? R5 R4 R3 R2 R1 R10 R6 R7 R8 R9 Th Tc ?熱管傳熱的熱阻模型 100 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 （一）空間飛行器 溫度控制： 衛(wèi)星 航天飛行器 宇宙服 高傳熱量 小溫差的傳熱 101 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 （二）核反應(yīng)堆 核反應(yīng)堆堆芯 的熱控制。 102 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 余熱回收系統(tǒng) 特點(diǎn)： 傳熱溫差小； 傳遞熱量大。 103 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 余熱回收系統(tǒng) :熱管鍋爐、熱管省煤器、熱管空預(yù)器 104 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 余熱回收系統(tǒng) 加熱爐余熱回收 高爐熱風(fēng)爐余熱回收 水泥窯爐余熱發(fā)電 窯爐余熱回收 干燥機(jī)余熱回收 鍋爐空氣預(yù)熱器 105 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 熱管散熱器 106 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 107 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 108 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 電子器件冷卻 有效的散熱已成為十分重要的問題，常規(guī)金屬（單相）散熱器已無法滿足不斷增長的散熱要求，高效、被動(dòng)、緊湊型的相變散熱器 ——熱管散熱器的應(yīng)用已勢在必行。 大功率 IGBT熱管散熱器 109 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 高端 CPU熱管散熱器 110 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 Note Book RHE Type 111 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 Note Book RHE Type Fan Fan 112 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 IPC or Server RHE Type 113 Desktop PC 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) 熱管的應(yīng)用 114 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) ? 計(jì)算機(jī) CPU用熱管散熱器 176。 C/W at 90 watts with 2 m/s air flow thermal resistance .45176。 C/W at 400 ft/min 115 熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 ?熱管技術(shù) ? 筆記本