热传递基本原理

散热

导热片提供经济高效、可靠的高导热性和高效率,几乎没有移动部件。

散热器是一种用于处理具有高热通量密度(高热流量/单位面积)并且次级换热器本身不是有效散热方法(由于空间限制、 能源使用、成本等)的热源的有效解决方案。散热器可以使设计人员使用风冷而不是液冷式次级换热器。

大多数散热器是用作换热器的铜板。散热器在其热源与(通常)次级换热器之间传递热量。热量通过散热器从热源“扩散”,因此从较小的横截面移动到较大的横截面(次级换热器)。尽管散热器中的热流与次级换热器中的热流相同,但是热通量密度更低,因此更容易经由风冷来耗散热量。更低的热通量密度还允许采用更低廉的材料制造次级换热器。

Boyd提供各种散热技术,可显著提高解决方案的有效导热性。这些散热技术包括:

  • 高级固体传导(k核®/石墨技术)
  • 嵌入式热管冷板
  • 均温板组件
带翅片和底座的铜散热器
带翅片的热管组件

热传递

通过利用无源设备(如热管或环路热管)进行远程热耗散来移动热量可提供一种高性能、低重量、低成本和高可靠性的有效热解决方案 - 没有活动部件会发生故障、磨损、需要进行更换或润滑。

热管

热管可以用于在几英寸(>50 mm)到大于3英尺(>11米)的距离范围内移动热量。在热管中,来自热源的热量进入热管的蒸发器端,导致工作流体从液相变为汽相。蒸气穿过热管内的蒸气空间行进到另一端 - 冷凝器端,在冷凝器端,散热器或其他次级散热装置将热能去除。冷凝器端的热量释放使蒸气冷凝回液体,并吸收到毛细芯结构中。并入热管内壁的毛细芯结构使热管内的液体冷凝物经由毛细管作用从热管的冷凝器段返回到蒸发器段。

该散热解决方案的热量移除效率由诸如管芯、工作流体、直径、长度、弯曲、压平和取向等因素决定。

四种常见的可商业生产的热管芯结构包括内管壁上的凹槽、金属丝网或筛网、烧结粉末金属以及纤维/弹簧。不同的管芯具有不同的毛细极限(工作流体从冷凝器行进到蒸发器的毛细泵送速率)。

环路热管

环路热管(LHP)也是一种两相传热设备,它利用毛细作用从热源中移出热量,并将其被动地移动到冷凝器或散热器。LHP与热管类似,但其优点是能够在长距离(最长75米)内实现可靠的操作,并且具有抵抗重力(高g值环境)的能力。

在循环热管中,灯芯结构仅在蒸发器中,汽化流体与液体分离,并通过冷凝器循环返回蒸发器。Boyd开发并制造了不同的LHP设计,从功能强大的大尺寸LHP(>2000W)到微型LHP(<100W),已成功用于广泛的航空航天和地面应用。

工作流体、工作温度范围、取向和成型

工作流体的类型也会影响热管性能。热管或环路热管仅在工作流体温度高于其冰点时起作用。当温度高于工作流体的蒸汽冷凝点时,蒸汽不会凝结回液相,并且不会发生流体循环 - 也没有冷却 - 发生。工作流体的选择基于应用的工作温度范围。Boyd设计并开发了热管和回路热管,工作温度范围从低温(<-250°C)到高温(>2000°C)。水是最常见的工作流体,因为它具有良好的热性能和5°C至250°C的工作温度范围。

Boyd设计、开发和制造了使用27多种不同工作流体的热管。

热管相对于重力的取向及其管芯结构在其性能中也起着重要作用。例如,凹槽管芯具有最低的毛细极限,但在蒸发器位于冷凝器下方的重力辅助条件下具有最佳工作性能。环路热管对方向不太敏感,主要依靠蒸发器中的高毛细泵送芯来提高性能。

热管可以经成型(压平或弯曲)集成到组件中。如果将热管压平或弯曲,则会减少可传输的热量上限。避免此限制是一项设计考虑因素。

热管应用

对于工业,电子,航空航天和其他应用中的移动热量,热管和环路热管通常集成到热子系统中,以将热量从热源传递到偏远地区。热管可有效将热量从热源和热敏元件输送到另一个位置的翅片阵列或散热器。

高容量功率电子设备冷却器是一种散热解决方案的示例,适用于空间通常不足以直接邻近热源安装翅片散热器的应用。高容量热管将热量转移到翅片阵列,从而通过使用强制对流耗散热能。这可以耗散数百瓦功率的热量。

热管和环路热管的优势

将热管和环路热管集成到散热解决方案中可带来许多优势,包括:

  • 高效导热系数(>5000 W/m•K)
  • 长距离传热
  • 高可靠性
  • 无活动部件
  • 成本效益
  • 无源 - 不需要活动部件和其它类似的潜在维护挑战

此外,热管和环路热管可以针对各种外部环境因素进行设计,例如机械冲击、振动、力冲击、热冲击/循环以及影响热管寿命的腐蚀环境。

散热

使用Boyd的热解决方案技术,如散热器,热管,蒸气室,环路热管,k-Core®,液体冷板和热交换器,设计人员可以选择将废热散发到空气中(自然或强制对流),散发到液体(水,水/乙二醇,PAO)或辐射到空间。

将热量耗散到空气中

在许多应用中,首选的热管理方法是对流冷却到空气,特别是在电子冷却应用中。使用Boyd的散热器,热管组件和散热器技术,废热通常从发热设备(例如,电子系统内的电气元件 - 即计算机和数据中心)吸收,然后通过自然或强制(使用风扇空气移动器)移动或扩散以消散到环境空气中。Boyd的热技术,如远程热管组件和蒸气室,允许设计人员将热量从高热通量组件转移到具有更大表面积(通常是板翅片或折叠翅片)和较低热通量的位置,以便消散到环境空气中。

将热量耗散到液体中

具有大热负荷的应用,如军用雷达或电力电子设备,通常需要将废热散发到二次系统的液体冷却剂(水、水/乙二醇、PAO)中,以实现最终散热。Boyd的热管冷板和液体冷板允许设计人员将热量从发热设备转移到从二级系统循环的冷却剂中。

通过辐射耗散热量

随着卫星被封装了更多的电子设备,通过有限的表面积拒绝热量的挑战变得更加大。Boyd的低温,轴向沟槽热管(氨/铝,乙烷/铝)和环形热管技术使得可以通过储存用于发射的散热器面板来排热,然后在卫星到达轨道时从卫星部署。我们的低温轴向沟槽热管将热量从卫星电子设备传播到散热器面板,将废热散发到太空中。我们的环路热管技术能够输送和拒绝从数百W到大于2,000 W的热负荷。

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