【摘 要】
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随着电子技术的蓬勃发展,元器件的功率密度大幅上升,进而使得功率器件的温升激增,温度增长带来的是电子设备失效率的上升,为了提升电子设备的寿命和可靠性,就必须对其进行高效的散热设计。铝、钛、镍、铜、不锈钢等金属的泡沫材料作为密度低且具新颖物理、机械、热、电、声性能的新材料,在轻型结构、吸声、机械阻尼、生物材料,热交换器等领域大有所用。本文对泡沫金属及其散热器进行了理论、仿真和实验三个层面的研究,旨在说
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随着电子技术的蓬勃发展,元器件的功率密度大幅上升,进而使得功率器件的温升激增,温度增长带来的是电子设备失效率的上升,为了提升电子设备的寿命和可靠性,就必须对其进行高效的散热设计。铝、钛、镍、铜、不锈钢等金属的泡沫材料作为密度低且具新颖物理、机械、热、电、声性能的新材料,在轻型结构、吸声、机械阻尼、生物材料,热交换器等领域大有所用。本文对泡沫金属及其散热器进行了理论、仿真和实验三个层面的研究,旨在说明多孔泡沫金属作为散热器材料的可行性和有效性,探究行之有效的高效散热方案,全文主要进行了以下工作:首先,根据体积平均的概念建立泡沫金属对流换热微分模型,利用有限差分法给出了方程组的离散形式,然后对模型进行了等效导热和对流换热热阻的路径简化,以等效导热系数、对流换热系数和比表面积等参数的经验值或经验公式计算值来估算泡沫金属的换热温升,在验证了泡沫金属的换热性能之后,提出以温升、重量、压损等多维度参数来评价泡沫金属散热器的综合性能。其次,归纳泡沫金属数值模拟的流程并介绍了几种微观孔隙结构的建模方法的思想、算例和模拟结果,然后以参数化的类球棍模型为例,详细介绍了模型的具体结构和建模所需的参数,利用COMSOL软件对单胞体和阵列多胞体模型进行求解和结果分析,并以体积平均概念建立类球棍微观模型的宏观模型并针对相关建模参数进行了经验公式修正,提高模型精度和计算效率。最后,总结散热器设计和优化的一般方法,介绍了泡沫金属在散热领域的应用案例,然后以直肋散热器为原型,进行了泡沫金属散热器的设计和优化过程,包括基体金属的选择、散热器类型的设计、参数和结构的优化,以热源温升单指标和以温升、重量、压损综合评价指标来对散热器的设计参数和拓扑结构进行分析和优化,同时设计和开展实验验证泡沫金属风冷散热器的各项性能。
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