笔记本电脑中热管散热模组研究PPT学习教案

1、会计学1笔记本电脑中热管散热模组研究笔记本电脑中热管散热模组研究1 如今，电子、微电子设备的小型化、集成化已经成为技术发展的趋势。随着集成化程度的提高，有效的散热面积越来越小，单位面积的散热功率不断增大，表面温度也随之上升，恶劣的热环境将会严重影响电子元件的功能和使用寿命。如果不采取散热措施，那么其本身温度会迅速升至200以上。然而，即使是工业芯片，最高工作温度也只有125。 对于计算机来说，温度升高会使其运行速度下降，降低使用寿命，而且有可能会使计算机存储的数据资料的安全性受到影响，造成死机、甚至烧毁芯片。用Intel公司微处理器研究实验室负责人的话说，高频处理器产生的热量简直就是阻碍它发展

2、的一堵墙。第1页/共27页55%55%温度温度电子元件故障主要原因电子元件故障主要原因20%20%振动振动6%6%粉尘粉尘19%19%潮湿潮湿 对于笔记本电脑，散热问题一直是其发展的技术瓶颈之一。尤其是对于热负荷敏感度较高的CPU而言，热量在芯片处的累积将严重影响其稳定性和使用寿命。 电子芯片电子芯片 冷却方法冷却方法被动冷却方法主动冷却方法风冷法水冷法半导体制冷热管冷却2第2页/共27页热管冷却技术热管冷却技术常规热管微型热管平板热管环路热管常规热管冷却技术微型热管冷却技术平板热管冷却技术环路热管冷却技术3第3页/共27页热管的工作原理热管的工作原理4第4页/共27页 因此，必须对电子设备散

3、热结构进行设计和性能分析。电子设备散热结构的稳态性能，可以判断热源温度是否满足要求及冷却结构是否合理。然而对于一个散热结构，设计要求是不仅要知道电子设备是否足够冷从而在正常状态下持续运行，还要知道它能否在瞬间状态下正常运行，如开关机、功率突然升高、环境温度突变等。5第5页/共27页6第6页/共27页7热管散热模组实物图第7页/共27页8两热源散热模组物理模型热管散热模组实物图第8页/共27页9热力分块模型 Block结构示意图肋片换热器结构示意图Toothbrush型穿插型第9页/共27页10热力分块模型翅片高度 h翅片间距s 翅片厚度 翅片宽度w 数值（mm）11.01.20.224.0散热

4、器最大尺寸60mm（长）24.4mm（宽）12mm（高），共N=50个单独翅片Toothbrush换热器结构示意图第10页/共27页11热力分块模型散热器的传热系数 应用冷却气体横向掠过翅片散热器的 关联式： (1) 式(1)中： ； ； 上式中， 为冷却空气掠过翅片时的最大速度，此热管散热模组取4.16 m/s； 、 、 、 为冷却空气的动力粘度、密度、比容、导热系数； 、 、 、 为翅片间距、长度、宽度、厚度。由式(1)得 =35.5 。fh11340202168100)()(PrRe1340.f.fffshsd.hwshwshd21)21(20ffffdv0max,RefpffCfPr

5、max,fvffpfCf s hwfhK)W/(m2第11页/共27页12热力分块模型肋效率 对流换热热阻其中 ， 由式(2)得 =1.107 K/W mHmHthf)()(1ffrffAAhRLwArwNshAf)(221fR第12页/共27页13热力分块模型 单根热管尺寸打扁后：250mm（长）7.84mm（宽）3mm（高）管壁厚度0.5mm；吸液芯厚度0.5mm，两层57.73目的铜丝网，铜丝直径0.125mm第13页/共27页R1：热管蒸发段管壁的径向导热热阻 ; R6：热管冷凝段吸液芯的径向热阻 ；R2：热管蒸发段吸液芯的径向导热热阻 ； R7：热管冷凝段管壁的径向导热热阻 R3：热

6、管蒸发段汽液交界面的热阻 ； R8：热管管壁的轴向导热热阻 ； R4：蒸汽管内轴向热阻 ； R9：热管吸液芯的轴向导热热阻 。R5：热管冷凝段气液交界面的相变热阻 ；14)/10(1WC)/10(1WC)/10(5WC)/10(8WC)/10(5WC)/10(1WC)/10(1WC)/10(2WC)/10(4WC热力分块模型第14页/共27页15热力分块模型两热源散热模组物理模型RfTc-HXRcTaTsTj-CPUTj-NBRh-CPURh-NBThs-CPUThs-NBRb-NBRb-CPUTe-NBTe-CPURe-NBRe-CPUPNBPNBPCPUPCPURh热源热阻RbBlock结

7、构的热阻Re蒸发段热阻Rc冷凝段热阻Rf散热器到冷 却气体的热阻Tj热源核心温度Ths 热源表面温度Te 热管蒸发段管壁温度Ts 热管内工质的冷凝温度Tc-HX 热管冷凝段管壁温度Ta 环境温度PCPU+NBPCPU+NBPCPUPNB两热源散热模组热阻网络图第15页/共27页16热力分块模型RfTc-HXRcTaTsTj-CPUTj-NBRh-CPURh-NBThs-CPUThs-NBRb-NBRb-CPUTe-NBTe-CPURe-NBRe-CPUPNBPNBPCPUPCPURh热源热阻RbBlock结构的热阻Re蒸发段热阻Rc冷凝段热阻Rf散热器到冷 却气体的热阻Tj热源核心温度Ths

8、热源表面温度Te 热管蒸发段管壁温度Ts 热管内工质的冷凝温度Tc-HX 热管冷凝段管壁温度Ta 环境温度PCPU+NBPCPU+NBPCPUPNB散热模组各部件热阻RfTc-HXRcTaTsTj-CPUTj-NBRh-CPURh-NBThs-CPUThs-NBRb-NBRb-CPUTe-NBTe-CPURe-NBRe-CPUPNBPNBPCPUPCPURh热源热阻RbBlock结构的热阻Re蒸发段热阻Rc冷凝段热阻Rf散热器到冷 却气体的热阻Tj热源核心温度Ths 热源表面温度Te 热管蒸发段管壁温度Ts 热管内工质的冷凝温度Tc-HX 热管冷凝段管壁温度Ta 环境温度PCPU+NBPCPU

9、+NBPCPUPNB模组部件CPUNBBlock结构单根热管蒸发段单根热管冷凝段散热器CPU处NB处CPU处NB处热容C (J/)0.27 0.452.683.341.411.394.233.580热阻R (/W)0.21 0.310.430.420.811.110.461.14两热源散热模组热阻网络图aT第16页/共27页17RfTc-HXRcTaTsTj-CPUTj-NBRh-CPURh-NBThs-CPUThs-NBRb-NBRb-CPUTe-NBTe-CPURe-NBRe-CPUPNBPNBPCPUPCPURh热源热阻RbBlock结构的热阻Re蒸发段热阻Rc冷凝段热阻Rf散热器到冷

10、却气体的热阻Tj热源核心温度Ths 热源表面温度Te 热管蒸发段管壁温度Ts 热管内工质的冷凝温度Tc-HX 热管冷凝段管壁温度Ta 环境温度PCPU+NBPCPU+NBPCPUPNBRfTc-HXRcTaTsTj-CPUTj-NBRh-CPURh-NBThs-CPUThs-NBRb-NBRb-CPUTe-NBTe-CPURe-NBRe-CPUPNBPNBPCPUPCPURh热源热阻RbBlock结构的热阻Re蒸发段热阻Rc冷凝段热阻Rf散热器到冷 却气体的热阻Tj热源核心温度Ths 热源表面温度Te 热管蒸发段管壁温度Ts 热管内工质的冷凝温度Tc-HX 热管冷凝段管壁温度Ta 环境温度PC

11、PU+NBPCPU+NBPCPUPNB两热源散热模组热阻网络图iijQTTR21mimpressediiiikiiijjiQdtdTCpVRTT_应用热力学第一定律，建立双热源散热模组的控制方程：热阻 ijR为第i点与第j点间的热阻 3027.021.0dtdTTTCPUjCPUhsCPUj0dtdTCVRTTipiiikijji对含源节点，如CPU：对第i个不含热源节点：第17页/共27页18020406080100120405060708090100110时 间 t (s)温 度 T () Tj-CPUThs-CPUTe-CPUTj-NBThs-NBTe-NBTsTc-HXTa 120s内

12、标准散热量时的温度响应图第18页/共27页19051015202530405060708090100时 间 t (s)温 度 T ()30s内标准散热量时的温度响应图在较短时间（0-5s）内，分块模型中只有靠近热源的部分才会来得及做出明显的响应。由此可知在短时间内热源散热量的变化只会对附近的部分造成影响，而较远的部分则变化较小。第19页/共27页200102030405060700102030405060708090100时 间 t (s)温差占最终温差的百分数 (%) Ths-CPU-Te-CPUThs-NB-Te-NBTe-Tc-HXTc-HX-Ta设计散热量时的差响应图第20页/共27页

13、210102030405060700102030405060708090100时 间 t (s)温差占最终温差的百分数 (%) Ths-CPU-Te-CPUThs-NB-Te-NBTe-Tc-HXTc-HX-Ta设计散热量时的差响应图第21页/共27页22020406080354045505560657075808590时 间 t (s)温 度 T ()020406080405060708090100时 间 t (s)温 度 T ()(b) 前10s PCPU=30W、PNB=10W后30s只关NB(a) 前10s PCPU=30W、PNB=10W后30s只关CPU第22页/共27页230204060803540455055606570758085时 间 t(s)温 度 T()010203040506070804050607080901001101