集成热管传热性能测试报告.doc

集成热管散热器的传热性能测试报告大连理工大学能源与动力学院大连理工大学新能源与节能研究中心二00五 年 五 月 八 日 大连理工大学新能源与节能研究中心、及大连理工大学能源与动力学院，受大连白云机电设备厂的委托，对该厂研制的两款用于台式机CPU冷却的集成热管散热器，在模拟风洞试验台上进行其传热性能测试，根据测试结果给出该散热器的传热性能综合评价。一、测试内容1一定风速下，不同散热功率的 CPU表面温度测试；2一定风速下，不同散热功率的集成热管散热器传热热阻测试；3一定风速下，不同散热功率的集成热管散热器温度场测试；4不同风速对集成热管散热器的传热性能影响试验；5集成热管散热器与传统风冷散热器及市场上散热面积相当的SP94热管散热器的传热性能对比试验。二、测试样品 实物照片1 ：概念设计（未优化）集成热管 实物照片3 ：SP94热管散热器 实物照片2 ：优化后集成热管 实物照片4 ：纯铜风冷散热器测试样品有：实物照片1概念设计（未优化）集成热管实物照片2优化后集成热管实物照片3SP94热管散热器实物照片4纯铜风冷散热器其中概念设计（未优化）集成热管的几何参数如表1所示：表1 概念设计（未优化）集成热管的几何参数散热器长（mm）宽（mm）高（mm）翅片长度L（mm）翅片高度H（mm）翅片数量N翅片间距(mm)翅片厚度t(mm)754575451024010.08蒸发部蒸汽腔长（mm）蒸汽腔宽（mm）蒸汽腔高（mm）矩形截面热管长（mm）矩形截面热管宽（mm）矩形截面热管高（mm）矩形截面热管数目（N）散热器重量（g）75457652455268优化后集成热管的几何参数如表2所示：表2优化后集成热管的几何参数散热器长（mm）宽（mm）高（mm）翅片长度L（mm）翅片高度H（mm）翅片数量N翅片间距(mm)翅片厚度t(mm)7435703510240150.08蒸发部分蒸汽腔长（mm）蒸汽腔宽（mm）蒸汽腔高（mm）矩形截面热管长（mm）矩形截面热管宽（mm）矩形截面热管高（mm）矩形截面热管数目（N）散热器重量（g）40355.5511.5353142三、实验设备和测试方法1实验装置示意图2. 测试实验台实物照片3 . 实验设备1）台式计算机：用于温度、压力、流速的采集、处理2）多通道温度采集系统1100：用于温度测试3）热线风速仪：用于空气的流速、压力测试4）标准铠装铜康铜热电偶：用于温度测试5）模拟CPU的铜棒：用于模拟CPU发热6）WYK303直流稳压电源：用于稳定电压7）接触式调压器：用于模拟发热体的功率调节8）3165电能分析仪：用于模拟发热体的功率测试9）风洞：用于模拟CPU散热风扇，产生风速可控的冷却空气。 4. 测试方法本实验完全模拟CPU的实际工作条件：用一电加热铜棒模拟CPU的散热；电加热铜棒的加热功率通过调节接触式调压器的电压来初调，输入电压及功率由3165电能分析仪测试；集成热管散热器的精确散热量通过安装在发热体铜棒上的热电偶测得的温度计算获得; CPU表面温度由安装在被测散热器加热表面的热电偶测得。用风洞模拟风扇的给风，风速可调；风速由热线风速仪测定。集成热管散热器和加热铜棒的温度由标准的铠装铜康铜热电偶测得。热电偶接到多通道温度采集系统 1100上；温度、压力、流量采集系统与台式计算机相连，各点温度直接在台式计算机上输出。四、测试结果及分析1.散热器传热性能测定的参数1）散热量：在空气强制换热情况下，由散热器换热传递出去的热量，反映了散热器的散热能力。2）CPU的表面温度：散热器与CPU接触的底面温度，它是判定散热器散热效果好坏，以及CPU是否能够正常工作的最直接，最根本的判据，该温度一般需低于70。3）散热器的热阻：散热器与CPU接触的底面与周围环境之间的传热热阻，它也是评定散热器性能的重要标准之一。2. 测试结果1）概念设计（未优化）集成热管的测试结果在入口风速均为2.75 m/s的情况下，概念设计（未优化）集成热管、纯铜风冷散热器和SP-94热管散热器的CPU表面温度比较，及其与散热功率之间的关系如图1所示。 图1 CPU表面温度与散热功率间的关系在入口风速均为2.75 m/s的情况下，概念设计（未优化）集成热管集成热管散热器、纯铜风冷散热器和SP-94热管散热器的传热热阻比较，及其与散热功率之间的关系如图2所示。图2传热热阻与散热功率间的关系 集成热管散热器的表面温度测点分布如图3所示。在入口风速均为2.75 m/s的情况下，集成热管散热器的表面温度分布与散热功率的关系如图4所示。 图3集成热管散热器的表面温度测点分布示意图 图4集成热管散热器表面温度分布集成热管散热器在不同风速下散热量与温度之间的关系如图5所示 图5不同风速下集成热管散热器的CPU表面温度与散热功率间的关系 2）优化后集成热管的测试结果 在入口风速为2.75m/s的情况下，优化后集成热管CPU表面温度与散热功率的关系如图6所示，优化后集成热管传热热阻与散热功率间的关系如图7所示。图6集成热管CPU表面温度与散热功率的关系 图7集成热管传热热阻与散热功率的关系 五、结 论1集成热管散热器CPU表面温度随着散热量的增加而升高。在相同的测试条件下，使用未经优化的概念设计集成热管时，CPU的表面温度在各散热量下均低于纯铜风冷散热器和市场上SP-94热管散热器，具有最好的散热效果；2在入口风速为2.75m/s，散热量为200W时，未经优化的集成热管散热器的CPU表面温度仅为50.4，远远满足了未来CPU在散热量达到200W时表面温度低于70的要求；3在相同的测试条件下，未经优化集成热管散热器的热阻远远低于传统的风冷散热器，测试的传统风冷散热器的热阻都超过了0.27W；在CPU的散热量超过80W时，未经优化集成热管散热器的平均热阻（0.15 W），低于目前市场上最好的SP-94热管散热器的热阻（ 0.15 W） 0.01 W 以上； 4未经优化集成热管散热器上各测点的温度波动不大，具有良好的等温性，这是目前市场上任何一款散热器所不具有的特性。均匀的温度场可以提供更大的散热面积，获得更高的换热效率，这也是目前散热器的一个薄弱环节。因此，集成热管散热器是一款理想散热器；5集成热管散热器的散热量随着风速的增加而变大。未经优化的集成热管散热器，在风速为1.05m/s,散热量为200W时，CPU的表面温度为79.5；风速在1.8m/s,散热量为200W时，CPU的表面温度为70.5。因此，集成热管散热器在风速低于3m/s,能够很好地满足散热量为200W的冷却要求。 6优化后的集成热管较未经优化的概念设计集成热管重