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    解惑重力式翅片管散熱器的理論設計

    ?  一、理論基礎:

      重力翅片管散熱器分為蒸發段、隔熱段、冷凝段三個管段。蒸發段與熱源接觸,其中封裝的工質從熱源吸熱,形成沸騰蒸汽,并經過隔熱段上升至冷凝段。冷凝段與冷源(熱匯)接觸,工作溫度較低,工質蒸汽在冷凝段管內表面凝結,并在重力的作用下,回流至蒸發段,完成循環。由于重力翅片管內部沒有“吸液芯”,冷凝液從冷凝段到蒸發段的回流是依靠其自身重力實現的。因此重力翅片管的工作具有一定的方向性,即蒸發段須位于在冷凝段下方。

      二、模型設計:

      該自循環式散熱器是在遵循重力翅片管的傳熱原理前提下,結合空調系統制冷劑的循環流程,在周全考慮臺式電腦內部空間限制的基礎上,制作而成的散熱裝置。

      該散熱器是用純銅制作,純銅是導熱性能良好的金屬之一,其導熱系數達401W/(m·k),大大高于其他的常用金屬材料,如鋁的導熱系數為237W/(mk),鐵的導熱系數為80W/(mk)蒸發段內部充灌制冷劑作為工質。理論證明,當制冷劑的充灌量為蒸發段容積的80%至90%時,翅片管散熱器的散熱效率越佳,故本裝置工質的充灌量為蒸發段容積的85%。蒸發段純銅容器用CPU自帶的散熱器夾子固定,同時為較小接觸熱阻,在容器背面與CPU直接接觸處涂抹一層硅膠。

      從蒸發段容器的頂部平面,伸出兩根形狀尺寸全相同的冷凝管。冷凝管由上升段(豎直長度約100mm)與冷凝盤管段和下降段三部分組成,共同形成散熱器的冷凝段。在上升段中,制冷劑蒸汽沿管軸向升至冷凝盤管段人口處,進入冷凝盤管段。這里之所以設置上升段,其目的有二:一是保障冷凝段在蒸發段之上,達到重力翅片管工作的理論基礎;二是使冷盤管段不正對CPU,保障其在較低的環境溫度下工作,使制冷劑在管內的冷凝越加周全。

      制冷劑蒸汽在冷凝盤管段內冷凝成液體后,由蒸發段前端面的回注口注入純銅容器中,繼續吸收CPU散發的熱量,沸騰蒸發,重復循環。為了便于液體制冷劑的回流,減小流動阻力,冷疑管下降段采用傾斜設計,與水平方向有一定夾角,保障制冷劑液體能夠順利回流至蒸發段。

      冷凝盤管段的強化傳熱是翅片管散熱器性能優化的關鍵。為了增加其散熱力,在冷疑盤管段加翅片。翅片為鋁制,重量較輕,并采用間距為1.8-2.5mm、片厚0.15~0.3mm的整體套片結構,以較大限度地增加換熱面積,減小導熱熱阻。同時在翅片一側加風扇,增加空氣側的對流換熱系數,從而使傳熱得到進一步強化。

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