电子器件散热技术现状及进展
电气设备的热管理与散热技术的最新研究进展
电气设备的热管理与散热技术的最新研究进展在当今科技飞速发展的时代，电气设备在各个领域的应用日益广泛，从日常生活中的电子设备到工业生产中的大型机器，从通信领域的基站到新能源汽车的动力系统，电气设备的性能和可靠性对于我们的生活和工作有着至关重要的影响。
而热管理与散热技术则是保障电气设备正常运行、延长使用寿命、提高性能的关键因素之一。
随着电气设备的功率密度不断提高，对热管理与散热技术的要求也越来越高，相关的研究也在不断深入和拓展。
一、电气设备热管理与散热技术的重要性电气设备在工作过程中，由于内部的电阻、电感等元件会产生热量，如果这些热量不能及时有效地散发出去，就会导致设备温度升高。
过高的温度会对电气设备的性能产生多方面的不利影响。
首先，温度升高会导致电子元件的电阻增大，从而增加电能的损耗，降低设备的工作效率。
其次，高温会加速电子元件的老化，缩短其使用寿命。
此外，过高的温度还可能导致设备出现故障，甚至引发火灾等安全事故。
因此，有效的热管理与散热技术对于保障电气设备的性能、可靠性和安全性具有重要意义。
二、传统的热管理与散热技术在过去的几十年中，已经发展出了多种传统的热管理与散热技术，如自然对流散热、强制风冷散热和液冷散热等。
自然对流散热是一种依靠空气的自然流动来带走热量的方法，其结构简单、成本低，但散热效果有限，通常适用于功率较小、发热较低的电气设备。
强制风冷散热则是通过风扇等设备强制推动空气流动，加快热量的散发。
这种方法散热效果较好，但风扇的噪声较大，且在一些恶劣环境下（如灰尘较多的场所）可能会出现故障。
液冷散热是利用液体（如水、油等）的高比热容和良好的导热性能来带走热量。
液冷散热的效率高，但系统复杂，成本较高，且存在液体泄漏的风险。
三、最新的热管理与散热技术研究进展（一）相变材料散热技术相变材料（PCM）是一种在特定温度下能够发生相变（如从固态变为液态或从液态变为固态），并在相变过程中吸收或释放大量热量的材料。
电气设备的热管理与散热技术的最新进展
电气设备的热管理与散热技术的最新进展在当今科技飞速发展的时代，电气设备在各个领域的应用日益广泛，从消费电子到工业制造，从通信设备到新能源汽车，无一不依赖高效可靠的电气设备。
然而，随着电气设备性能的不断提升和集成度的逐渐增加，其发热问题也变得愈发严重。
过高的温度不仅会影响设备的性能和稳定性，还可能缩短设备的使用寿命，甚至引发安全隐患。
因此，电气设备的热管理与散热技术成为了保障设备正常运行的关键因素。
近年来，这一领域取得了一系列令人瞩目的进展，为电气设备的发展注入了新的活力。
一、电气设备热产生的原因及影响电气设备在工作过程中，电能的转换和传输不可避免地会产生热量。
例如，在集成电路中，电子的流动会与晶格发生碰撞，导致能量损耗并转化为热能；在电机中，电流通过绕组时的电阻损耗以及铁芯中的磁滞和涡流损耗都会产生大量的热。
此外，设备内部的元件之间以及元件与周围环境之间的热阻也会阻碍热量的散发，进一步加剧了温度的升高。
高温对电气设备的影响是多方面的。
首先，它会降低电子元件的性能，例如导致电阻值的变化、电容的漏电增加以及半导体器件的载流子迁移率下降等，从而影响设备的精度和可靠性。
其次，高温会加速材料的老化和氧化，缩短设备的使用寿命。
在极端情况下，过高的温度还可能导致设备的短路、起火甚至爆炸，造成严重的安全事故。
二、传统散热技术及其局限性为了应对电气设备的发热问题，传统的散热技术主要包括自然对流散热、强制风冷散热和液冷散热等。
自然对流散热是最简单也是最常见的散热方式，它依靠空气的自然流动来带走热量。
这种方式无需额外的动力装置，成本低，但散热效率也相对较低，适用于发热量较小的设备。
强制风冷散热则通过风扇等装置强制推动空气流动，增加了空气与散热表面的接触速度和流量，从而提高了散热效率。
然而，风扇的运行会产生噪音，而且在一些灰尘较多的环境中，风扇容易吸入灰尘，影响散热效果。
液冷散热则利用液体的高比热容和良好的导热性能来吸收和传递热量。
半导体热管理 先进技术
半导体热管理先进技术
半导体热管理是指在半导体器件工作过程中产生的热量进行有效的控制和管理，以确保器件能够在安全的温度范围内工作，并提高器件的性能和可靠性。
随着半导体器件尺寸的不断缩小和功率密度的增加，热管理变得愈发重要。
以下是关于半导体热管理先进技术的一些方面：
1. 散热技术，传统的散热技术包括散热片、散热风扇、热导管等，近年来随着材料科学和工艺技术的发展，新型散热材料和结构不断涌现，如石墨烯散热片、纳米复合材料散热器等，这些材料和结构能够提高散热效率，降低器件温度。
2. 热界面材料，热界面材料用于填充半导体器件和散热器之间的微小间隙，以提高热传导效率。
先进的热界面材料具有高导热性能和良好的可靠性，如金属薄膜、石墨烯导热垫等。
3. 液冷技术，液冷技术通过在半导体器件上设置微通道，利用流体冷却器件，能够实现更高效的热管理。
此外，液冷技术还可以实现对多个器件热管理的集成，提高系统整体的散热效果。
4. 热仿真和优化，借助计算机辅助仿真软件，可以对半导体器
件的热特性进行模拟和分析，从而进行热设计优化。
通过仿真可以
更好地理解器件的热行为，提前发现潜在的热问题并进行改进。
5. 相变材料，相变材料能够在相变过程中吸收或释放大量热量，被广泛应用于半导体器件的热管理中。
通过相变材料，可以实现对
器件温度的精确控制，提高器件的热稳定性。
总的来说，半导体热管理先进技术涉及材料科学、工艺技术、
流体力学等多个领域，通过不断创新和改进，可以更好地解决半导
体器件热管理方面的挑战，推动半导体技术的发展。
半导体激光器散热技术研究及进展
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2024年散热市场分析现状
2024年散热市场分析现状引言散热市场是电子设备行业中一个重要的细分市场，其主要功能是通过散热器等设备降低电子设备的温度，保证设备正常运行。
随着电子设备的不断发展和升级，散热市场也在不断演进和创新。
本文将对散热市场的现状进行分析和总结，并展望未来的发展趋势。
散热市场概况散热市场的主要产品包括散热器、散热风扇、散热导管等。
这些产品广泛应用于计算机、手机、工业控制设备、汽车电子等领域。
随着电子设备的不断普及，散热市场的需求也在不断增长。
在市场竞争方面，散热市场存在一定的竞争压力。
许多企业进入散热市场，产品种类繁多，价格也相对较低。
由于散热器等产品的替代性较大，市场上存在一定的价格战。
因此，企业需要通过技术创新和成本控制来提升市场竞争力。
散热市场的发展趋势1. 小型化和高效化随着电子设备的不断发展，设备的尺寸越来越小，对散热器等产品提出了更高的要求。
未来的散热市场将趋向于小型化和高效化的方向发展。
散热器、散热风扇等产品将变得更加紧凑和高效，以适应电子设备的空间限制和散热需求。
2. 多功能化随着电子设备功能的不断增加，散热器等产品也需要具备更多的功能。
未来的散热市场将发展出一些具有多功能的散热产品，例如集成了空气净化功能、噪音降低功能等。
这样的产品可以满足用户对于电子设备的多方面需求，提升用户体验。
3. 创新材料的应用在散热市场中，材料的选择对产品性能有很大影响。
未来的散热市场将推动创新材料的应用，例如石墨烯、碳纳米管等高导热材料的引入。
这些材料具有优异的导热性能，可以提高散热产品的热传导效率，从而提升整个散热系统的性能。
散热市场的挑战除了发展机遇，散热市场也面临一些挑战。
首先，产品创新和研发投入是一个重要的挑战。
由于散热器等产品的特殊性，其研发和生产技术要求较高。
企业需要不断加大研发投入，提升产品的技术含量和竞争力。
其次，市场竞争激烈，厂家间的价格战不断加剧。
企业需要通过提高生产效率、降低成本等方式来应对价格竞争的压力。
热传递与散热技术
热传递与散热技术是现代科技领域的重要课题，它涉及到许多领域，包括电子器件、建筑工程、能源系统等。
热传递和散热是将热量从一个物体传递到另一个物体，以保持物体的温度在可控范围内，高效地将热量排出系统。
在电子器件领域，热传递和散热技术起着至关重要的作用。
随着电子器件越来越小型化，其功耗也越来越高，导致设备温度升高。
这会导致器件的工作效率下降，甚至损坏器件。
因此，通过合理的热传递和散热技术，可以有效地将热量从电子器件中排出，保持器件的温度在安全范围内。
常见的散热技术包括散热片、风扇、液体冷却等。
散热片通过增加表面积来增强散热效果，风扇通过强制对流来加速热量的传递，液体冷却则通过引入冷却液体来吸收热量并流动，实现高效的散热。
在建筑工程中，热传递和散热技术对于提高建筑的节能性能至关重要。
建筑物是能量的消耗大户，其中又以空调系统为最耗能部分。
通过合理地设计建筑外墙、屋顶、窗户等部件的热传递和散热技术，可以降低建筑物的热量输入，减少对空调系统的需求。
例如，采用隔热材料来减少外墙和屋顶的热传递，通过窗户的设计来减少室内和室外的热传递，优化建筑物的空调系统布局和设备选择等，都能够有效地降低能源消耗，提高建筑的节能性能。
能源系统中的热传递和散热技术也具有重要的意义。
能源的转换和传输过程中会产生大量的热量，如果不能有效地散发热量，将会导致能源损失和系统效率的降低。
因此，在能源系统的设计和运行中，热传递和散热技术需要被充分考虑。
例如，对于火力发电厂而言，热传递和散热技术可以用于提高锅炉、汽轮机等设备的换热效率，降低燃料消耗。
对于核电站来说，热传递和散热技术可以用于控制核反应堆的温度，确保核反应堆稳定和安全运行。
对于太阳能光伏发电系统来说，热传递和散热技术可以用于提高光伏电池的变量效率，增加能源产出。
总体而言，热传递和散热技术在不同领域中发挥着重要的作用。
它们不仅可以提高设备和系统的工作效率，还可以减少能源消耗，降低环境污染。
电力电子技术中的热管理与散热设计
电力电子技术中的热管理与散热设计在电力电子技术领域中，热管理与散热设计扮演着至关重要的角色。
随着电子设备功率密度的不断增加和体积的不断减小，有效的热管理成为了确保设备性能和可靠性的关键。
本文将深入探讨电力电子技术中的热管理与散热设计原理、方法及应用。
首先，热管理在电力电子技术中的重要性不言而喻。
在高功率密度的电子器件中，电流通过器件时会产生大量热量，如果不能有效地散热，将会导致器件温度过高，降低性能甚至损坏器件。
因此，设计一个高效的热管理系统至关重要。
一、热管理原理在电力电子技术中，热管理的基本原理是通过将器件产生的热量有效地传导、传递和散发到外部环境中。
通常采用的方法包括导热材料的选择、散热结构设计、风扇散热等。
其中，导热材料的选择至关重要，优良的导热材料能够有效地将热量传导到散热结构中，提高散热效率。
二、散热设计方法在电力电子技术中，常见的散热设计方法包括自然对流散热、强制对流散热和传导散热等。
自然对流散热是利用自然对流的方式将热量传递到周围环境中，适用于功率较小的电子设备。
而强制对流散热则通过风扇等辅助设备增加空气流动，提高散热效率。
传导散热则是通过散热结构将热量传导到散热片或散热器上，并通过空气对流或液体冷却的方式将热量散发出去。
三、热管理在电力电子技术中的应用热管理在电力电子技术中有着广泛的应用，涉及电源模块、变流器、逆变器等多个领域。
以电源模块为例，由于其功率密度较高，热管理尤为关键。
合理的散热设计能够有效地降低模块温度，提高系统的可靠性和稳定性。
综上所述，热管理与散热设计在电力电子技术中具有重要意义。
通过合理的热管理方案和散热设计，可以有效地提高电子设备的性能和可靠性，推动电力电子技术的发展与应用。
CPU散热技术发展趋势『论文非原创,看点制冷芯片』
电子散热关系到电子设备的可靠性和寿命,是影响当今电子工业发展的一个瓶颈.伴随着电子产业高性能、微型化、集成化的三大发展趋势,散热问题越来越突出. 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.有研究表明,单个电子元件的工作温度如果升高10 ℃,其可靠性则会减少50 %;而CPU失效问题的55 %都是由于过热引起的。
目前，高频的Pentium4 3.2 E已突破100 W功耗大关,Smith2field核心Pentium D双核处理器的功耗更是攀至130 W.根据Intel的首席技术官Patrick Gelsinger的预测,如果芯片中的晶体管数量以现在的速率一直增长下去,到2015 年就要和太阳表面一样热,这当然是不可想象的.因此,为了使CPU 发挥最佳性能并保证其可靠性,研究实用高效的芯片冷却方法也就成为了日益重要和紧迫的问题. 本文将对CPU 散热技术的最新研究进展进行综述。
1CPU散热方式及存在问题根据电子学理论,过热所导致的“电子迁移”现象是损坏CPU 内部的芯片主要原因.“电子迁移”是指电子流动所导致的金属原子迁移的现象.在芯片内部电流强度很高的金属导线上,电子的流动给金属原子一个动量,一旦与金属原子碰撞,使得金属原子脱离金属表面四处流动,结果就导致金属表面上形成坑洞或土丘. 这是一个不可逆转的永久性伤害,如果一直持续这个慢性过程,到最后就会造成核心内部电路的短路或断路,彻底损坏CPU.“电子迁移”现象受许多因素影响,其中温度因素起了决定性的作用.温度的升高会使自由电子的动能大大增加,对金属原子的碰撞也更强烈. 同时,随着温度的增加,金属原子本身的热运动也增强,电子迁移现象就越容易发生. 这就是为什么要把CPU 的温度维持在50 ℃以下的原因.（1）风冷法.在CPU 上安装散热片以扩大散热面积,并在散热片上安装一个小风扇,让空气强迫对流带走热量.这种散热方式的优点是简单实用,且价格低廉.但其缺点在于: ①冷却效率低,最多只能排出CPU 废热的60 %,因此仅依靠传导和对流的风冷法散热器已经接近了其导热极限; ②随着风扇的功率和转速的增大,产生的噪声也随之增大; ③由于风扇是运动部件,比较容易损坏.（2）水冷法.它是用密封性良好的水槽一般用铝或铝合金制成贴在CPU 表面,然后通以水循环系统,将CPU 发出的热量带走. 这种方法的散热效率比风冷散热高,但它需要较复杂的水冷却系统,并且使用不便,安装麻烦,而且还有漏水和结露的隐患.（3）半导体致冷片法.它是基于帕尔贴效应而实现的,通常采用陶瓷封装的半导体串联方式.其工作原理实际上是热量转移,当接通直流电时,半导体的冷面温度迅速降低,甚至可降至- 10 ℃,而另一面的温度则迅速上升,从而达到降低表面温度的作用.半导体致冷的优点是无需任何制冷剂,寿命长,安装简单,可通过控制电流实现高精度的温度控制.它同样也存在缺点: ①制冷效率低; ②工艺不成熟、价格高; ③容易因冷面温度过低而出现的CPU 结露,从而导致短路的现象.因此,随着芯片尺寸的不断减小、CPU 频率的升高和散热量的迅速增加,需要新型的CPU 散热器来替代原有的散热技术. 以下主要介绍 3 种新型CPU 散热技术:热管散热技术、微通道散热技术和制冷芯片技术.2 新型CPU散热技术2.1 热管散热技术热管是以相变来强化换热的技术,它利用封闭在真空管内的工作物质,反复进行沸腾或凝结来传送热量.典型的热管依次可划分为蒸发段、绝热段和冷凝段三部分见图 1 . 管内装入的液体称为工作液,是热量传递的介质.首先,蒸发段的工作液从外部吸收热量后沸腾成为气相,在气压差的驱使力作用下进入冷凝段,遇到较冷的管壁便凝结为液体并释放热量;接着,通过热管中心处设置的吸液芯,利用它与工作液的表面张力所产生的毛吸力再将工作液送回到蒸发段.反复进行上述过程,从而不断将蒸发段的热量传送到冷凝段,再通过散热片传递出去.由于热管是通过相变潜热来传递热量,其导热性能很高,甚至是相同尺寸铜管的几十倍以上,因此适合在狭小空间中高热量的排放,在笔记本电脑中已经得到应用.Cotter 首先提出微型热管见图2 的概念.该文提出在芯片上埋入微细热管,平均管路直径为10～500 μm ,长为数毫米至数厘米之间. 此热管不需要毛细结构,断面成多角形状,通过内腔尖角区作为液态工质回流的通道,以及通过尖角区产生的轴向毛细压差将液态工质从冷凝段压回蒸发段,从而完成工质的循环.由于微热管还兼具微槽道冷却的优点,因而在小空间下的强化换热中很有前景.有报道称,利用IC工艺制成的多根微型热管阵列,其冷却功率可达200 W/cm 2.由Maidanik 所发明回路热管是另一种形式的热管.由于它能在小温差、长距离的情况下传递大量热量,故在航天航空方面应用比较广泛,在电脑和电子器件应用中也有着非常广阔的前景.自2001 年的首次实验以来,涌现了许多50 g 左右的LHP 散热器,这些散热器的热通量大致在25～30 W.人们也在测试一种新型的6 mm直径LHP散热器,其最大散热通量为70 W 左右.但由于LHP 主要是近20 年内发展起来的新技术,在理论和应用方面还需要进一步的深入研究.综上所述,热管的优势在于其优良的导热性和等温性,热响应速度快,质量轻且结构简单.此外由于热管没有运动部件,运行可靠、耐用,并且能在失重状态下工作,传热距离长且没有方向的限制. 当然,传统热管在设计上同样也存在毛细管、飞散、沸腾、音速和黏性上的限制,当尺寸变小时,表面张力与相变化对小尺寸效应的综合考虑,以及用多边形通道结构的设计来取代目前普遍采用的三角形流道,都是热管设计分析的重要课题.2.2 微通道散热技术微通道热沉的概念最早由Tuckerman 和Peace于1981 年提出的,它是由具有高导热系数的材料构成.根据Riddle 等的研究:流量一定时,矩形通道中流体总的热传导系数与通道水力直径成反比.随着通道直径的减小,换热系数相应增加,同时系统的散热面积与体积比也显著增加. 因此尽管体积不断减小,散热能力反而得到极大的提高.从图3 中可看出,两种具有相同长度和高度的微通道集热器,当微管道宽度为10 μm 时,CPU 温度为65℃,而当宽度为100μm时,CPU 温度则高达85 ℃,显然宽度越小对散热越有利,因此,尺寸因素对微通道散热器的影响是至关重要的,而这又直接影响了CPU 的运行性能.在微通道散热器领域,比较成熟的应属美国Cooligy 公司推出的产品.其生产的水冷式芯片,采用了主动微通道冷却技术Active Micro－ChannelCooling , AMCC .这项新技术中包含3 个主要部分:微管道集热器,用于传送具备吸热功能的液体;散热器,用于将热量传导散发至空气中;一台电力动能泵,用于推动液体流过微管道集热器.相对于传统的水冷,AMCC 的技术核心在于两点:一是微通道集热器,一是无噪声电动力泵.微通道集热器相当于水冷头,通过高导热介质贴覆在核芯表面,甚至直接与CPU 一体化制造.其与核芯接触部分的内表面通过DRIE或LIGA 工艺刻出无数平行宽度约为20～100μm 的微沟槽,再经键合封装形成封闭的循环通路,而液态工作介质则沿着这条通路往复流动.因为集热器的散热面积比传统水冷头增加了数百倍和热传导系数都很大,使得核心温度与液体介质的温度几乎持平. 电动力泵见图 4 是一种利用静电引力原理设计的液体泵.该散热器采用的液体输热介质是混有少量特殊物质的水,该介质在通过电动力泵内设置的多孔材料时会因在接触面产生电双层现象而附上静电,在泵两端产生的静电力场的作用下,液体可以获得维持循环流动的充足动力.这种电动力泵完全摆脱了机械结构,无活动部件,因此,工作时几乎完全没有噪声,可靠性极高,寿命也远远高于传统水泵.因为Cooligy的产品采用了电力动能泵和微通道散热器,因而拥有许多杰出的性能,诸如散热性能优越据其官方网页的数据,散热通量甚至可达1000 W/cm2 ,体积小重量轻,无噪声,性能稳定,可靠性高,寿命长,与芯片的集成性好,成本低等. 然而,减小微通道的宽度不仅可以增加散热能力,同时也会引起压力降升高,增加微通道的压力负载及泵的功率.此外,微通道的堵塞问题、低雷诺数下微流体的流动问题都是极需深入探讨的.随着微通道散热器本身的技术进一步完善,这种产品将有更大的发展潜力和市场需求.2.3 制冷芯片制冷芯片是由Borealis 公司开发出的产品,它是基于热离子换能效应而实现的.热离子换能效应早在1900 年即被发现,即当两种不同的导体接触时,一种导体作为冷端释放电子,另一种导体作为热端接受电子.这样,通过高低能电子的交换从而实现热能的传递.然而该项技术并未在20 世纪70 年代立刻得到实现,其原因有如下:①器件只有在两个板间的距离极小时1～10 mμ才可能发生热离子换能效应见图5 左,而当时的半导体微加工工艺尚无法满足这一要求;②即便材料能发生电子发射,所要求的势垒也很高,只有当热端达到 2 000 ℃时才可能发生,而许多金属在达到这一温度之前早已溶化,并且极高的工作温度对系统的耗能量要求巨大,不可能有实用的价值.而制冷芯片在传统热电离子发射的基础上,采用了量子力学隧穿效应的理论,即将两块电极板的间距控制在纳米量级1～10nm ,从而有效降低需要克服的势垒,在常温下实现两个大表面之间的电子隧穿见图5 右,加之近年来微加工工艺的极大进步,人们就能很好地解决上述的两个难题.尽管热隧穿具有很多优势,但在实际运用中却有着相当多的困难. Huffman 在1965 年曾经用铝作为两块电极板,中间用2 nm 厚的Al O 作为绝热材料.但这个设想存在一个很致命的问题:当温差增大时,这层纳米级厚度而面积很大的Al O 薄膜的热导率同样也在增大,因此,在通过热隧穿传递热量的同时,热量又通过Al O 薄膜回到冷端. 要想保持冷热端的巨大温差ΔT ,大约需要100 万层这样的Al O 薄膜,显然这是不可行的.而Borealis 公司采用的绝热材料则是“真空”,因为实际上,最好的绝热材料就是真空本身,其绝热性能要比任何固体都强得多,又不阻碍隧穿电子穿越势垒.于是制冷芯片就采取了真空二极管的形式,由于真空卓越的绝热性,使得热量传递到热端后很难能再回到冷端,从而很好地解决了热量回流的问题,因此,从理论上来讲热离子换能的效率较高,其期望的卡诺效率为55 %,大大超过热电的 5 %～8 %,也高于压缩制冷的卡诺效率45 % .另外一个严峻的问题就是,要想在两块电极板之间形成1～10 nm 的间距不是一件容易的事情,即使可以通过微加工工艺制作出来,如何保持如此细微的缝隙也是件很令人头疼的问题. Cool Ship 解决方案的灵感是从扫描隧道显微镜STM 上得来的.在STM 上常常通过控制压电材料来调节针尖的位置.这种压电材料是用单晶石英结构的材料制成的,当加上电压时,它就可以极其快速且精确地改变其形状.这样,STM 就能够以持续的电压保持针尖接近试样表面的状态.于是,Borealis 公司利用压电材料来控制电极板之间的间距,通过电压来控制压电位置调节器上下移动,再通过电容传感器反馈出当前的电压,最终将电极板间的间距保持在1～10 nm 的范围内见图 6 .根据Borealis 公司主页上提供的Cool Chip 的信息可知,制冷芯片在室温下的理论散热通量为5kW/cm2 ,加之其体积小、轻便、有效且成本低廉,所以应用范围十分广泛.此外,它可以实现薄膜式的固体冷却,从而能很好地避免芯片上的局部热点.制冷芯片还能够相互串联组成阵列的形式,具有可组合性,可以适合任何形状外表的散热,并提供更强大的制冷能力. 理论上,1 in2 6.45 cm2 大小的CoolChip 装置已经足够供一台冰箱使用,2 in2 大小的Cool Chip 等同于一台为起居室散热的空调,而 5 in2大小的产品就能够为整间房子制冷了,因此,PC 制冷只是Cool Chip 显示自己略显身手的地方. 但是要注意将热端的热量及时散发出去,需要额外使用被动散热,否则就会导致热端温度过高而烧坏制冷元件.由于Cool Chip 的冷却性能优于目前几乎所有的散热技术,其应用前景是很乐观的,很可能在许多应用取代现有的各种制冷方式,如广泛地应用到飞机、导弹、火箭引擎、卫星等高科技领域. 伴随着Cool Chip 加工技术的不断成熟,不久的将来可以通过工业手段大批量生产,并有可能在未来20 年内处于领先地位.3外部散热问题以上大都是针对将芯片内部热量传至表面的办法,尽管这些冷却方法的散热性能十分突出,但仍然需要合适的外部散热装置,否则就会引起热量回流和冷却器过热的问题,这就依赖于新材料的研究以及系统结构或工艺的优化和实现. 外部散热装置一般都采用散热片加上风扇的形式. 传统的散热片工艺有挤压技术、冷锻技术和切割工艺等.目前较新的加工工艺有如下几种:（1）接合式鳍片工艺.采用插齿技术改进了传统铜铝结合,利用60 t 以上的压力把铝片结合在铜片基座中,一定程度上避免了铜铝结合产生的介面热阻问题.由于它可以利用多种材料来达到更好的散热效果,是一种兼顾重量、性能、传热及成本综合考虑的散热方案.（2）鳍片折叠工艺.折叠鳍片用冲压方式制出后,再接合到散热器底板上.折叠鳍片的厚度和间距都可以做的很小,同时能提供良好的气流通路. 此外,还可以混合使用铝或铜等多种材料,以达到所需的散热效果同时兼顾制造成本.( 3) 针鳍工艺.它采用有效的针鳍结构和高导热材料,利用针鳍散热器的大表面积、全向针结构和针的球形特性使其成为单位体积耗能极高的热负荷.一块底面积25 in2 (161.29 cm2) 、热阻0.08℃/ W、全高1.7 in 的672 针散热器在温升40 ℃时的散热功率在500 W左右.4 结语本文着眼于CPU 芯片的散热问题,主要对热管、微通道散热器和制冷芯片这 3 种新型散热技术的研究成果和前景进行了详细的介绍. 随着芯片散热问题越来越受到关注,新的冷却方案、技术革新一定会层出不穷,微冷却器也将会不断应用到更新的领域中去.这就需要在理论和实验两方面进一步地深入研究,在应用领域也需要进行大量的工作.。
大型变压器散热技术发展现状及展望
大型变压器散热技术发展现状及展望目录一、内容简述 (2)二、大型变压器散热技术背景与意义 (2)三、大型变压器散热技术发展现状 (3)1. 国内外大型变压器散热技术概述 (4)2. 主要散热技术应用分析 (6)（1）自然冷却技术 (7)（2）强迫风冷技术 (9)（3）油水冷却技术 (10)（4）热管散热技术 (11)四、大型变压器散热技术展望 (12)1. 未来大型变压器散热技术的挑战与机遇 (13)2. 技术发展趋势分析 (15)（1）高效化发展趋势 (16)（2）智能化发展趋势 (17)（3）绿色可持续发展趋势 (18)3. 未来可能的新兴技术预测 (19)（1）纳米材料在散热技术中的应用 (20)（2）热储能技术在散热技术中的融合应用 (22)（3）大数据与人工智能在散热技术中的优化应用 (23)五、案例分析与应用实践 (24)1. 大型变压器散热技术应用案例介绍与分析 (26)2. 案例中的挑战与解决方案探讨 (27)六、政策支持与产业发展建议 (28)1. 相关政策支持及解读 (29)2. 产业发展建议与策略思考 (30)七、结论与展望 (31)1. 当前大型变压器散热技术的发展总结 (32)2. 对未来大型变压器散热技术的展望与建议 (33)一、内容简述随着科技的不断发展，大型变压器在电力系统中扮演着越来越重要的角色。
由于其巨大的体积和复杂的结构，大型变压器在运行过程中会产生大量的热量，这不仅会影响变压器的正常工作，还会对环境造成不良影响。
大型变压器散热技术的研究和发展显得尤为重要，本文将从大型变压器散热技术的发展现状、关键技术以及未来发展趋势等方面进行详细的阐述，以期为大型变压器散热技术的研究和应用提供有益的参考。
二、大型变压器散热技术背景与意义在电力系统中，大型变压器作为核心设备之一，其运行状态直接影响着整个电力系统的安全性和稳定性。
由于大型变压器在运行过程中会产生大量的热量，如何有效散热成为确保变压器正常运行的关键问题。
sip封装及散热技术
目前新一代的存储器封装开始采用Window BGA的形式， 与一般TSOP封装的体积相比足足小了约50%，因此在相同 面积的SO-DIMM PCB板上，可多放置一倍的存储器芯片数， 进而增加一倍的存储容量，而Window BGA在电性上也有相 当的优势。此外，如图9所示其内部接线也较短。
图9 Window BGA的封装结构与其热传路
对于3D芯片堆叠而言，热源是以串联方式增加，因此器件发 热密度相应增加，如图4（a）所示。而多芯片封装则有不同 的热阻网络架构，并联的热源使发热密度大幅度增加，如图 4（b）所示。分析结果显示，对相同发热量的芯片而言，堆 叠芯片封装中越下方的芯片温度越低，而多芯片封装中相同 尺寸的芯片温度会比较接近。
Underfill Interposer
图5 SIP封装散热设计例
对于SIP热传而言，如果使用有机材质的基板，则其 热传导性很低，因此热阻很大，基板的散热设计就显得相 对重要，可通过增加铜箔层或是散热通孔来增强效果 。 对于SIP的热传问题，目前的相关研究并不多，例如 图6是Amkor公司开发的利用两个芯片SIP封装技术的DCDC变换器的结构。在散热设计上利用陷入阵列（Land Grid Array；LGA）的封装结构，在热通孔里镀上铜（Cu） 以加强基底的热传散热效果，进而得到较高的热性能。
图4 （a）芯片堆叠结构的热传路径及热阻网络； （b）多芯片并列结构的热传路径及热阻网络
对于SIP封装而言，若要从内部传出热量，必须缩短传热 路径或减少路径中的热阻。这可通过由改变布局设计（ Layout）或是封装结构实现，也可由增加材料热传性能 来实现，另外则可由外加均热片或散热片来降低热源的 集中。以图5的例子而言，当环境对流明显时，可把产生 最热的芯片放置在最外面的内插板上来增加和空气接触 的面积，或者通过提高内插板的热传导系数，甚至使用 较薄的内插板和芯片，可以降低热阻和增强封装结构热 的性能。此外也可使用散热通道（Thermal Vias）来降低 芯片表面到空气（Junction to Air）的热阻。
电子元器件散热方法分析
电子元器件散热方法分析[摘要]伴随国内电子科学技术持续进步发展，电子元器件的高速、高频、集成电路逐渐密集化、小型化，以至于元器件总体功率密度及其发热量不断提高，以至于对电子元器件的散热处理层面所提出要求不断提升，鉴于此，本文主要围绕着电子元器件的散热方法开展深入的研究和探讨，期望可以为后续更多技术工作者和研究学者对此类课题的实践研究提供有价值的指导或者参考。
[关键词]元器件；电子；散热方法；前言电子元器件具体使用过程，若能确保其具备良好散热性，则不仅能确保其始终维持正常的使用状态，且还可对其实际使用寿命起到延长作用，因而，综合分析电子元器件的散热方法，有着一定的现实意义和价值。
1.简述电子元器件的散热处理针对电子元器件的散热处理，传统方法只是以单向流体的对流形式散热和强制性风冷散热为主，现阶段已无法满足于多数电子的元器件实际散热需求。
特别是风冷散热方法实际应用期间，需应用扩展散热相应表面，因受实际应用在环境所限制，以至于有效散热无法实现。
故需设计研发出优良性能、有效散热设施设备及方法，充分满足高热流的密度散热需求环境。
在一定程度上，针对于电子的元器件实施散热处理，侧重于把控电子设备温度，确保其温度可维持在可控范围内[1]。
1.散热方法及其科学选用2.1散热方法2.1.1在空气冷却法层面空气冷却法，属于现阶段在电子各类元器件当中所广泛应用的一种散热方法，以自然对流空气冷却、强制对流空气冷却这两种方法为主。
自然对流空气冷却，其主要应用至体积在发热较小功率电子元器件当中，借助设备内部的元器件相互间空隙和机壳实施传热导、对流、复热等，以达到冷却散热目的；自然对流，借助流体密度所产生变化，无较大驱动力层面需求，故和流动路径当中极易受阻力及障碍所限制，以至于流体的流量和冷区速度呈下降趋势。
对于体积发热较大功率电子元器件，一般会选定强制对流空气冷却方法。
强制对流空气冷却方法，通常是借助风扇灯相关设备，确保电子元器件较近区域范围空气有强迫性的流动情况产生，带走元器件所产生能量。
电子器件的热管理和散热设计
电子器件的热管理和散热设计随着科技的发展，电子器件的功率密度不断增加，导致热管理和散热设计成为电子产品设计中的重要问题。
优秀的热管理和散热设计可以提高电子器件的性能和可靠性，延长其寿命。
本文将详细介绍电子器件的热管理和散热设计步骤，并列出一些常见的热管理和散热技术。
步骤一：热传导材料的选择在电子器件的热管理和散热设计中，热传导材料的选择至关重要。
常见的热传导材料包括导热膏、导热垫、导热薄膜等。
选用适合的热传导材料可以提高热能的传导效率，将热量迅速传递到散热器上。
步骤二：散热器设计散热器是电子器件散热的关键部分。
散热器一般采用金属材料制成，如铝、铜等。
设计散热器时，需考虑器件的功率、尺寸、散热器的表面积以及冷却风扇的使用等因素。
合理设计散热器可以有效提高散热效果，保持器件的温度在合理的范围内。
步骤三：流体冷却流体冷却是一种常见的热管理和散热技术。
流体冷却通过循环流动的冷却液将热量带走，以降低器件的温度。
常见的流体冷却方式包括水冷、气冷和油冷等。
流体冷却技术可以将热量从器件中迅速移走，适用于功率密度较高的电子器件。
步骤四：热管技术热管技术是一种高效的热管理和散热技术。
热管由内部密封的工质组成，通过蒸发和冷凝循环来传递热量。
热管具有良好的热传导性能，可以将热量迅速传递到散热器上。
热管技术适用于高功率电子器件的热管理和散热。
步骤五：热沉热沉是一种通过大面积金属散热来降低电子器件温度的技术。
热沉通常由铝或铜制成，具有较大的表面积和良好的导热性能。
将热沉与器件密切接触，可以有效地将热量传递到环境中，降低器件的温度。
步骤六：温度传感器温度传感器是监测电子器件温度的重要组成部分。
通过安装温度传感器，可以实时监控器件的温度变化，及时采取热管理和散热措施。
温度传感器的选择和布置必须考虑到被测点的准确性和可靠性。
步骤七：热模型建立与模拟分析为确保热管理和散热设计的有效性，建立电子器件的热模型并进行模拟分析是必要的。
通过建立准确的热模型，可以预测器件的温度分布，找出热点位置，优化散热结构，提高热管理和散热效果。
高热流密度器件散热技术的研究进展
１ ０ ｏ Ｏ
密 度 器 件 热 设 计 的 总 原 则 是 自热 源 至 环 境 之 间， 提供 一 条 尽 可 能 低 的热 阻 通 路 ， 其 目的在 于 控制 热 点 温 度 ， 使 之 在 安 全 的 温 度 范 围 内 工 作 … 。作 为 高 热 流 密 度 器 件 的 一 类 ， 电 子 设 备 的功 率逐 年 增 加 ， 有 些 电子 器 件 工 作 时 的 表 面 热 流 密度 已达 数 百 瓦 每 平 方 厘 米 。 大 量 的 热 如 不能及时散发 出去 ， 将 严 重 地 影 响 电 子 设 备 的
２ ０ １ ５年第 ４ ３卷第 ５期
文章编号 ： １ ０ ０ ５— ０ ３ ２ ９ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５—０ ０ ３ ９— ０ ７
流
体
机
械
３ ９
流 密 度 器件 散 热 技术 的研 究 进 展
陈萨如 拉 。 朱 丽， 孙 勇
（ 天津大学 ， 天津 摘 ３ ０ ０ ０ ７ ２ ）
要 ： 随着科学技术 的迅猛发展 ， 高热流密度器件被广泛 应用于 国民经济 的各个领域 之 中， 为 了确 保高热 流密度 器
件的可靠运行 ， 对热控系统 的要求也越来越 高。本文对典型高热流密度器件散热技术 的基本原 理 、 基本流程 以及 国内外 的研究现状进行 了介绍和分析 。
关键词 ： 高热流密度器件 ； 散热 ； 冷却方 式 ； 综述
液气双通道散热技术,领跑数据中心液冷标准
南方基地商用新一代绿色数据中心
赛宝实验室节能评估报告
二、商用液/气双通道数据中心（2/2）
1 数据中心液冷时代已经来临 2 数据中心散热技术发展趋势与特点 3 液/气双通道散热技术成果与应用
一、液/气双通道散热技术架构
为推动行业绿色发展，中国移动南方基地在2012年牵头研发了液/气双通道散热 技术，在液冷通道采用“间接水冷”，在气冷通道采用“空调气冷”，并且通过市电 直供服务器，减少转换损耗。历经七年的科研探索和攻关，成功完成了关键技术突 破、系统集成测试、商用部署“三步走”，实现了关键技术全面革新突破。
为解决数据中心能效低下问题，业界开展了卓有成效的探索实践。总体而言， 数据中心散热技术主要分为单通道散热和双通道散热两种。
其一，单通道散热技术是指通过单一换热介质对IT设备进行冷却，包括单通道 气冷和单通道液冷两类。
单通道散热技术
✓单通道气冷：通过空气散热，主 要技术有三类，机房级空调气冷、 模块级空调气冷和机架级空调气 冷。
新一代绿色数据中心自2016年建成至今，服务器运行正常，承载业务稳 定。在广州高温高湿的气候条件下，2016-2018年CPU温度基本稳定在35 ℃50 ℃ ；满载测试期间，CPU温度最大值54℃，远低于安全工作温度上限（82 ℃，视不同CPU型号而定）。
大气湿球温度日最大值
大气湿球 温度最高 值30℃
不同类型的散热技术各有特点，且适用于不同的场景。衡量一项散热技术是 否可行，主要从可靠性、能效、经济性、资源利用率、运维便捷性等要素进行评 价；除此之外，一项技术能否规模推广，还必须具备产品化、标准化等条件。
电子芯片散热技术的研究现状及发展前景
电子芯片散热技术的研究现状及发展前景一、本文概述随着电子科技的飞速发展，电子芯片作为现代电子设备的核心部件，其性能不断提升，集成度日益增高，导致芯片在工作过程中产生的热量也大幅增加。
因此，电子芯片散热技术的研究与应用显得尤为重要。
本文旨在全面综述电子芯片散热技术的当前研究现状，并探讨其未来的发展前景。
文章首先回顾了电子芯片散热技术的发展历程，介绍了传统的散热技术以及近年来新兴的散热技术，如液冷散热、热管散热、散热片等。
随后，文章重点分析了当前散热技术在应用中存在的挑战和问题，如散热效率、成本、可靠性等方面的不足。
在此基础上，文章探讨了散热技术的创新方向，包括新材料、新工艺、新结构等方面的研究与应用。
文章展望了电子芯片散热技术的发展前景，认为随着科技的不断进步，未来的散热技术将更加高效、环保、智能。
随着5G、物联网等新技术的不断涌现，电子芯片散热技术将面临更多的挑战和机遇。
因此，深入研究和发展电子芯片散热技术，对于推动电子科技的持续进步具有重要意义。
二、电子芯片散热技术现状分析随着电子科技的飞速发展，电子芯片的性能不断提升，其集成度越来越高，工作频率越来越快，这直接导致了芯片内部产生的热量日益增加。
因此，电子芯片散热技术的研究与应用变得尤为重要。
当前，电子芯片散热技术主要面临两大挑战：一是如何在有限的空间内实现高效散热，二是如何降低散热系统自身的能耗。
目前，常见的电子芯片散热技术主要包括自然散热、风冷散热、液冷散热以及相变散热等。
自然散热主要依赖芯片自身材料的热传导性能，适用于低功耗、低发热量的芯片。
然而，对于高性能芯片来说，自然散热往往难以满足散热需求。
风冷散热是通过风扇强制对流来降低芯片温度，其结构简单、成本较低，但散热效率有限，且在高负荷运行时噪音较大。
液冷散热则利用液体的高导热性能，通过循环流动将热量带走，散热效率较高，但系统复杂度较高，成本也相对较高。
相变散热则利用物质在相变过程中吸收或释放大量热量的特性，实现高效散热，但其技术难度较大，成本也较高。
机械工程中电子设备散热分析与设计优化
机械工程中电子设备散热分析与设计优化现代机械工程领域中，电子设备散热的分析与设计优化扮演着至关重要的角色。
随着科技的飞速发展，电子设备在我们的生活中越来越普遍，而且性能和功率要求也越来越高。
然而，随之而来的问题是，电子设备高功率密度下产生的热量不容忽视，它们极易因过热而导致性能下降、损坏甚至引起火灾等危险。
因此，进行散热分析并进行设计优化，成为了保障电子设备正常运行的重要手段之一。
首先，我们需要了解散热的基本原理与方法。
在机械工程的领域中，电子设备的散热可以通过传导、对流和辐射这三种主要方式实现。
传导是通过材料之间的热传递，将热量从高温区域引导到低温区域。
对流是通过流体（如空气或液体）从热源表面带走热量。
辐射是指物体通过发射和吸收电磁辐射，将热量传递给周围环境。
这三种方式通常都同时存在于实际的散热过程中，我们需要综合考虑它们的影响。
接下来，我们将关注电子设备散热分析的具体方法。
首先是热设计，即在电子设备的设计阶段就考虑散热问题。
在这个阶段，我们可以通过合理的布局和设计来降低设备的热阻，提高散热效果。
例如，采用散热片、散热风扇等设备，以增加设备的散热面积和对流换热能力。
另外，我们需要合理选择材料，以降低传热的阻力。
同时，通过数值模拟和实验测试等手段，我们可以更好地预测和评估散热效果。
其次，对于已经存在的电子设备，散热问题的解决更加具有挑战性。
对于这些问题，我们可以通过通过热管、液冷系统等制冷技术，提高设备的散热能力。
例如，热管是一种利用管内工质的相变原理实现高效传热的设备。
它可以利用管内工质在热源处吸收热量，然后通过热管的导热特性将热量传递到散热器处，从而实现设备的散热。
液冷系统则是通过引入冷却液，将设备的热量带走，再通过冷却设备进行散热。
这些技术在提高了设备散热能力的同时，也给设计和制造带来了挑战。
最后，我们需要强调的是，在散热分析与设计优化过程中，工程师的经验和专业知识起着关键作用。
他们需要综合考虑各种因素，如设备的功率密度、散热材料的性能等。
电子器件该怎么散热
电子器件该怎么散热01电子元器件都怎么散热在电子元器件的高速发展过程中，它们的总功率密度不断增大，但尺寸却越来越较小，热流密度因而持续增加，这种高温环境势必会影响电子元器件的性能指标。
对此，必须要加强对电子元器件的热控制。
如何解决电子元器件的散热问题是现阶段的重点。
本文章主要对电子元器件的散热方法进行了简单的分析。
电子元器件的高效散热问题，受到传热学以及流体力学的原理影响。
电气器件的散热就是对电子设备运行温度进行控制，进而保障其工作的温度以及安全性，主要涉及到散热、材料等各个方面的不同内容。
现阶段电子元器件散热主要有自然、强制、液体、制冷、疏导、热隔离等方式。
1、自然散热或冷却方式自然散热或冷却方式就是在自然的状况之下，不接受任何外部辅助能量的影响，通过局部发热器件以周围环境散热的方式进行温度控制，其主要的方式就是导热、对流以及辐射集中方式，而主要应用的就是对流以及自然对流等方式。
自然散热或冷却方式主要就是应用在对温度控制要求较低的电子元器件、器件发热的热流密度相对较低的低功耗器材以及部件之中。
在密封以及密集性组装的器件中，如果无需应用其他冷却技术，也可以应用此种方式。
在一些时候，对于散热能力要求相对较低的情况，也可以利用电子器件自身的特征，适当增加其与临近的热沉导热或者辐射影响，并在通过优化结构优化自然对流，进而增强系统的散热能力。
2、强制散热或冷却方式强制散热或冷却方式就是通过风扇等方式加快电子元器件周边的空气流动，从而带走热量的一种方式。
此种方式较为简单便捷，应用效果显著。
在电子元器件中，如果其空间较大使空气更易流动，或者安装一些散热设施，就可以应用此种方式。
在实践中，提升此种对流传热能力的主要方式具体如下：要适当增加散热的总面积、要在散热表面产生相对较大的对流传热系数。
在实践中，增大散热器表面散热面积的方式应用较为广泛。
在工程中主要就是通过翅片的方式拓展散热器的表面面积，进而强化传热效果。
电机散热系统的研究现状与发展趋势
第３２卷第１０期中国机械工程V o l ．３２㊀N o ．１０２０２１年５月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．１１３５Ｇ１１５０电机散热系统的研究现状与发展趋势汤㊀勇１㊀孙亚隆１㊀郭志军２㊀张仕伟１㊀袁㊀伟１㊀唐㊀恒３㊀梁富业１１．华南理工大学机械与汽车工程学院,广州,５１０６４０２．中山大洋电机股份有限公司,中山,５２８４００３．深圳大学机电与控制学院,深圳,５１８０００摘要:高效率的散热系统是抑制电机温升㊁提高电机运行稳定性和延长电机寿命的重要基础.详细介绍了风冷㊁液冷和蒸发冷却三种电机常用散热系统的发展现状;分析讨论了各类电机散热系统的优缺点和适用范围,重点综述了目前国内外在提高电机散热系统冷却效率方面的研究进展.结合额外热路增强型电机散热方案和相变散热技术提出了以相变传热器件来提高电机散热效率的新方案,最后对电机散热系统的发展趋势进行了科学预测与展望.关键词:电机;散热系统;相变散热技术;热路中图分类号:T M ３２D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４ １３２X．２０２１．１０．００１开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):D e v e l o p m e n t S t a t u s a n dP e r s p e c t i v eT r e n do fM o t o rC o o l i n g S ys t e m s T A N G Y o n g １㊀S U N Y a l o n g １㊀G U OZ h i ju n ２㊀Z H A N GS h i w e i １㊀Y U A N W e i １T A N G H e n g ３㊀L I A N GF u ye １１．S c h o o l o fM e c h a n i c a l a n dA u t o m o t i v eE n g i n e e r i n g ,S o u t hC h i n aU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y ,G u a n gz h o u ,５１０６４０２．Z h o n g s h a nB r o a d ＧO c e a n M o t o rC o ．,L t d ．,Z h o n g s h a n ,G u a n g d o n g ,５２８４００３．C o l l e g e o fM e c h a t r o n i c s a n dC o n t r o l E n g i n e e r i n g ,S h e n z h e nU n i v e r s i t y ,S h e n z h e n ,G u a n g d o n g,５１８０００A b s t r a c t :C o o l i n g s y s t e m sw i t hh i g hh e a t d i s s i p a t i o n e f f i c i e n c y w e r e t h e i m po r t a n t f o u n d a t i o n s o f r e s t r a i n i n g m o t o rt e m p e r a t u r er i s e ,i m p r o v i n g m o t o ro p e r a t i o ns t a b i l i t y a n d p r o l o n g i n g m o t o r l i f e ．T h e d e v e l o p m e n t s t a t u s o f a i r c o o l i n g ,l i q u i dc o o l i n g a n de v a p o r a t i v e c o o l i n g wa s i n t r o d u c e d ,w h i c h w e r e c o mm o n l y u s e d i nt h e c o o l i n g s y s t e m s f o rm o t o r s ．T h ea d v a n t a g e s ,d i s a d v a n t a g e s a n da p pl i c a Ｇt i o n r a n g e s o f v a r i o u sm o t o r c o o l i n g s y s t e m sw e r e a n a l y z e d a n dd i s c u s s e d ．T h e r e s e a r c h p r o g r e s s e s i n i m p r o v i n g t h e c o o l i n g e f f i c i e n c y o fm o t o r h e a t d i s s i p a t i o ns y s t e ma t h o m e a n da b r o a dw e r e r e v i e w e d ．B y c o m b i n i n g t h e a d d i t i o n a l t h e r m a l c i r c u i t e n h a n c e dm o t o r c o o l i n g s y s t e ma n d t h e p h a s e c h a n ge h e a t d i s s i p a t i o n t e c h n o l o g y ,an e ws c h e m e t o i m p r o v e t h e h e a t d i s s i p a t i o n ef f i c i e n c y o fm o t o r s u s i n gph a s e c h a n g e h e a t t r a n s f e r d e v i c e sw a s p r o p o s e d ．F i n a l l y ,t h e d e v e l o p m e n t t r e n do f t h em o t o rh e a t d i s s i pa Ｇt i o n s y s t e m sw a s p r e d i c t e da n d p r o s p e c t e d s c i e n t i f i c a l l y．K e y wo r d s :m o t o r ;c o o l i n g s y s t e m ;p h a s e c h a n g eh e a t d i s s i p a t i o n t e c h n o l o g y ;t h e r m a l c i r c u i t 收稿日期:２０２００９２９基金项目:国家自然科学基金(５１７３５００４,５１９０５３５２);广东省重点领域研发计划(２０１９B ０９０９１０００１);广东省自然科学基金(２０２０A １５１５０１１０３９)０㊀引言新能源汽车㊁机器人和高精度数控机床等国家重点支持领域的发展对电机的效率㊁功率密度㊁响应速度和振动噪声等性能指标提出了更高的要求,促使电机向高精度㊁高功率密度㊁小型化㊁轻量化和机电一体化等方向发展[１Ｇ２],带来了电机内部发热量急剧增加㊁有效散热空间严重不足等问题,因此散热问题成为电机系统进一步向高功率密度方向发展的瓶颈[３Ｇ４].电机内部温升过高不仅会缩短电机内部绝缘材料的寿命,而且会降低电机的运行效率,使得发热量增加,造成电机温度进一步上升,形成恶性循环,严重影响电机寿命和电机运行的安全性[５].据统计,３０％~４０％的永磁电机失效是由电机温升过高引起的[６],因此,采用高效的散热系统抑制电机温升是电机向高效率㊁高稳定性和高可靠性方向发展的关键.风冷㊁液冷和蒸发冷却散热系统是三种常用的电机散热系统.风冷散热系统凭借成本低㊁可靠性高和安装方便等优势在小功率电机散热领域得到了广泛应用[７].相较于风冷散热系统,液冷散热系统具有极高的散热效率,其散热效率可以达到前者的５０倍[８],适用于电机发热量大㊁热流密度高的散热场合.然而液冷散热系统需要额外的循环液路与密封系统,增加了电机系统的成本５３１１和复杂性[９].目前,由我国自主研发的蒸发冷却散热技术在兆瓦级大容量发电机组的散热系统中得到了广泛应用,其主要原理是利用工质的气液相变循环实现对电机的高效冷却.蒸发冷却技术可以有效降低电机运行温升[１０].高效化是电机散热系统发展的重要方向,优化电机散热系统结构参数是提高电机冷却效率的常用手段.近年来,通过在电机关键发热部件与冷却壳体之间构建额外热路来提高电机散热效率的额外热路增强型电机散热方案得到了研究与应用.利用导热树脂[１１Ｇ１２]㊁导热胶[１３]和导热陶瓷[１４Ｇ１５]等导热绝缘材料在电机端部绕组与机壳之间构建额外热路是该散热方案的常用形式.此外,采用铝片[１６]㊁铜棒[１７]和热管[５,６,１８]等高热导率传热器件充当额外热路的增强型电机散热方案也逐渐得到了研究和应用.额外热路增强型电机散热方案是解决电机关键发热部件散热难题的有效手段,同时也提供了提高电机散热系统效率的新思路.本文针对电机散热系统向高效化㊁高可靠性方向发展的趋势,介绍了当前电机散热系统的类型及其使用范围,分析了各类电机散热系统的优势及不足,总结了目前国内外在提高电机散热系统效率方面的研究进展,讨论了其在实际应用中所存在的问题.结合额外热路增强型电机散热方案和相变散热技术提出了以相变传热器件来提高电机散热效率的新方案,最后对电机散热系统的发展趋势进行了科学预测与展望.１㊀电机发热的原因及危害电机作为多物理场㊁强耦合的能量转换系统,其能量转换效率并不是百分之百,在将电能转换为机械能的过程中会损失一部分能量,这些损失的能量绝大部分转换为热能引起电机发热[５Ｇ６].电机内部的损耗主要由绕组线圈的电阻㊁磁性材料的磁阻和电机各部件间的机械摩擦造成,主要包含绕组铜耗㊁定转子铁耗和机械损耗三部分[１９].电机绕组㊁定子和机壳等关键部件的接触面之间存在绝缘漆㊁绝缘纸和空气等热导率极低的材料,增加了电机各部件间的接触热阻,极大地降低了电机关键部件的散热效率.永磁同步电机内部热路如图１所示,电机内部的关键发热部件与机壳之间的传热路径长㊁接触热阻大,电机工作过程中产生的热量不能及时传递至外部,引起电机内部温度升高.电机温升过高将严重威胁电机绝缘寿命㊁运行效率和可靠性.图１㊀永磁同步电机内部热路示意图F i g．１㊀S c h e m a t i c d i a g r a mo f i n t e r n a l t h e r m a l c i r c u i to f p e r m a n e n tm a g n e t s y n c h r o n o u sm o t o r电机内部的绝缘漆和绝缘纸等绝缘材料的寿命与电机温度呈现指数变化规律:D＝A０e－l n２a T(１)式中,D为绝缘材料的寿命;A０为环境温度为０ħ时绝缘材料的寿命;T为电机的实际工作温度;a为电机绝缘等级.从式(１)中可以看出,电机的绝缘寿命会随着电机实际工作温度的上升而急剧下降.同时,电机温度升高将引起电机绕组阻值增加㊁电机内部磁性材料去磁等问题,增加电机损耗,降低电机工作效率,进一步引起电机发热量增加.电机绕组阻值随温度变化的规律如下:R＝R０[１＋α０(T－T０)](２)式中,R为温度T时绕组的电阻;R０为温度T０时绕组的电阻;α０为电阻温度系数;T０为起始温度.由式(２)可以看出,绕组的温度升高将引起绕组阻值变大,进一步增大电机铜耗.同时,定子铁芯㊁永磁体等磁性材料的性能也随着电机温度的上升而下降,增大电机的铁耗,降低电机的工作效率[２０].此外,组成电机的各种金属材料的硬度㊁强度以及其他力学性能也会受到电机温升的影响而逐渐下降[２１],威胁电机运行的安全.当电机工作在大转矩㊁高转速等极限工况时,电机的发热量将急剧增加,如果不能将电机内部的热量快速传递至外部,甚至会造成电机内部磁性材料永久性退磁㊁烧机等现象.采用高效可靠的散热系统将电机运行过程中产生的热量快速传递至外部,避免热量在电机关键部件的积聚,保证电机始终工作在合适的温度,对电机的寿命㊁效率和运行安全性具有重要意义.２㊀电机散热系统发展现状电机散热系统分类及相应电机照片如图２所示,电机散热系统主要包括风冷㊁液冷㊁蒸发冷却和额外热路增强型散热系统四大类,应用最广泛的是低成本㊁适用于小功率电机的风冷散热系统和高效率㊁适用于大功率电机的液冷散热系统.利用液体沸腾气化进行高效散热的蒸发冷却技术主要应用于兆瓦级发电机组的散热系统.近年６３１１中国机械工程第３２卷第１０期２０２１年５月下半月来,利用导热绝缘材料或相变传热元件在电机关键发热部件与冷却壳体之间构建额外热路以强化电机散热的额外热路增强型电机散热方案逐渐得到了研究和应用.从技术角度看,任何一台电机都可以随意选取散热系统形式,关键是根据电机的工作环境㊁发热功率㊁可靠性㊁维护方便性和成本等因素选取合适的散热系统.甚至可以将风冷散热系统和水冷散热系统结合应用,王金松等[２２]将封闭式内通风散热系统和冷却水套结合应用于电机散热系统,电机内部产生的热量在轴端风扇的作用下进入通风管道,并与循环水套内的冷却水进行热交换,实现了良好的散热效果.(a)风冷散热系统(b)液冷散热系统(c)蒸发冷却散热系统(d)额外热路增强型散热系统图２㊀电机散热系统分类F i g ．２㊀C l a s s i f i c a t i o no fm o t o r c o o l i n g s ys t e m ２．１㊀风冷散热系统风冷散热系统通常在机壳表面设计翅片以增加换热面积㊁提高散热效率,具有制造工艺简单㊁成本低廉和可靠性高等优势,在小功率密度电机散热领域得到了广泛应用.风冷散热系统可以根据是否采用额外的增强空气流动的装置分为自然风冷和强迫风冷.自然风冷不需要额外的动力装置,仅仅通过机壳与周围空气的自然对流进行热交换.强迫风冷通常利用风扇系统加强电机与外部空气的热交换,额外的风扇系统提高了电机的散热效率,但也在一定程度上增加了电机系统的电力消耗和噪声.风冷散热系统的分类依据及分类情况如图３所示.图３㊀风冷散热系统分类F i g ．３㊀C l a s s i f i c a t i o no f a i r c o o l i n g s ys t e m s 根据气流的流动路径可以将强迫风冷散热系统分为外部通风和内部通风两大类:外部通风散热系统通过风扇驱动冷却气流在机壳外表面流动,达到冷却电机的目的;内部通风散热系统利用风扇驱动气流从入风口进入,沿电机内部的气流通道对电机各部件进行冷却后再从出风口流出.根据冷却气流在电机内部流动路径可以将其分为轴向式㊁径向式和径轴混合通风三种形式[２３].根据电机内部风路和外部风路是否连通,可以将强迫风冷散热系统分为开启式和封闭式系统.开启式强迫风冷散热系统的内外风路连通,外部空气可以进入电机内部直接进行热交换,具有较高的散热效率;但是空气中的灰尘容易进入电机,因此需要对电机进行定期清理.封闭式强迫风冷散热系统可以有效避免灰尘进入电机,依靠电机内部的同轴风扇驱动气流将热量传递至机壳,然后与外部环境进行热交换[２４].此外,也可以根据风扇的安装位置分为被动式强迫风冷和主动式强迫风７３１１ 电机散热系统的研究现状与发展趋势汤㊀勇㊀孙亚隆㊀郭志军等冷.被动式强迫风冷是将叶片安装在电机的转子或转轴上,叶片跟随电机转子同步旋转,产生气流以强化电机散热.被动式强迫风冷散热系统的冷却流量与电机转速成正相关关系,在低转速㊁高负载工况下易出现冷却风量不足的问题.主动式强迫风冷是在电机的外部设置独立的风扇系统对电机进行散热,冷却气流的流量和流速与电机工作状况无关,可以始终保持较高的冷却效率.２．１．１㊀自然风冷散热系统自然风冷散热系统结构简单㊁可靠性高,适用于电机发热量较小㊁电机可靠性要求较高㊁电机工作环境通风良好的散热场合.机壳表面的散热筋㊁散热翅片结构可以有效提高自然风冷散热系统的效率.J A N G等[２５]采用有限元仿真法对比分析了机壳表面翅片结构对自然风冷散热系统冷却效率的影响,仿真结果表明在机壳表面添加翅片结构可使电机定子和转子的散热效率分别提高２６．１％和１６．４％.M E L K A等[２６]研究了额定功率为４３０W的永磁无刷直流电机的自然风冷散热系统,采用在机壳表面涂覆高辐射率材料㊁机壳表面设置不同规格的翅片和填充导热材料三种方法来提高散热系统的效率,机壳样品如图４所示,测试结果表明,相对于原始电机,四种散热方案可以分别降低绕组温度约４ħ㊁９ħ㊁１６ħ和１８ħ.当同时采用大尺寸散热翅片和填充导热材料时,绕组稳定温度可以降低约３０ħ.M E L K A等[２７]建立了永磁无刷直流电机的C F D模型用以研究电机关键发热部件的散热情况及气体在电机周围的流动情况,并测试了电机在多个工况下的温升性能,电机内部温度的仿真结果与测试结果之间的误差不超过９ħ,电机外部温度仿真结果的误差为２ħ.C H I U等[２８]采用F L U E N T软件仿真了翅片结构参数对开关磁阻电机温升性能的影响,并设置机壳表面自然对流传热系数为１０W/(m２ K).仿真结果表明,当翅片面积相同时,电机绕组最高温度随着翅片数量的增加而升高;当翅片高度相同时,电机温度随翅片数量的增加而降低,电机温度分布云图见图５.２．１．２㊀强迫风冷散热系统自然风冷散热系统的效率与机壳表面翅片面积㊁翅片高度和机壳表面的辐射率正相关,这些因素对强迫风冷散热系统的效率也同样具有增强作用.利用有限元仿真软件,G A L L O N I等[２９]分析了叶片形状㊁数量和长宽比等参数对电机散热效率的影响,并根据分析结果开发了能够用于电机强迫风冷散热系统耦合热分析的数学模型.㊀㊀(a)原始电机(b)机壳表面涂覆高辐射率石墨(c)机壳表面采用(d)机壳表面采用㊀㊀㊀小尺寸翅片大尺寸翅片(e)端部绕组与机壳之间灌注导热胶[２６]图４㊀自然风冷电机照片F i g．４㊀P h o t o s o f n a t u r a l a i r c o o l i n g m o t o r s[２６](a)１８个翅片(b)２７个翅片㊀㊀㊀㊀㊀㊀(c)３６个翅片图５㊀采用不同翅片结构的电机温度分布云图[２８]F i g．５㊀T h e t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o no f t h em o t o r sw i t hd i f fe r e n tf i n s t r u c t u r e s[２８]N A K AH AMA等[３０]提出了适用于开启式风冷散热系统车用电机的定子铁心内部及外部双冷却通路的强化散热方案.K I M等[３１]建立了开启式风８３１１中国机械工程第３２卷第１０期２０２１年５月下半月冷散热感应电机的热网络模型,该模型计算得到的定子㊁绕组温度误差不超过２ħ.G R A B OW S ＧK I 等[３２]对额定功率为７．５k W 的封闭式外通风散热电机的温升性能进行了有限元仿真,仿真结果与测试结果之间的误差不超过１０％.N O D A等[２４]设计了一款采用开启式强迫风冷散热系统的车用电机,如图６所示,由于外部空气直接进入电机内部进行冷却,因此每三年需要拆卸电机进行清理,并且高转速工况下的电机噪声较大.开启式散热系统的散热效率较封闭式散热系统高,但是噪声较大㊁需要定期清理的不足限制了开启式风冷散热系统电机的进一步发展.封闭式风冷散热系统具有相互独立的内部风道与外部风道,可以有效阻止污染物进入电机内部,逐渐取代开启式散热系统得到了应用与发展.图６㊀具有开启式风冷散热系统的车用电机[２４]F i g ．６㊀M o t o rw i t ha no p e na i r c o o l i n g s ys t e m [２４]内部通风散热系统的冷却气流可以与电机内部的发热部件直接接触,其散热效率高于外部通风散热系统.Y O O N 等[３３]对比了内通风散热系统和外通风散热系统对电机绕组温升的影响,实验结果表明内通风散热系统可以有效降低电机绕组稳定温度约１０ħ,在电机满载工况下提高电机效率约０．２５％,在电机１．２５倍过载工况下提高电机效率约０．５％.图７为采用封闭式内部通风散热系统电机的截面图,如图中箭头所示,电机轴端的扇叶驱动气流在电机定㊁转子间隙及转子通风道中流动,并通过机壳表面的散热翅片与外界进行热交换,冷却后的气流进入电机内部进行下一个循环.风冷散热系统也可以满足大功率电机的散热需求,但是往往需要采用多个风扇并复合大体积的翅片式散热器.W E N 等[３４]建立了额定功率为８００k W 的高压异步电机的外部扇区和冷却区C FD 模型,研究了外部风机的流程特性和效率曲线,确定了外部风扇的最佳运行点,在此基础上探讨了冷却器结构对流体流动的影响,并通过优化冷却器结构提高了冷却效率.C H A N G 等[３５]建立了适用于额定功率２３５０k W 的电机强迫风冷散热系统,该散热系统主要包括一个离心风扇㊁两图７㊀采用封闭式内部通风散热系统的电机截面图[３３]F i g．７㊀S e c t i o n a l v i e wo f t h em o t o rw i t h c l o s e d i n t e r n a l v e n t i l a t i o n c o o l i n g s ys t e m [３３]个轴端风扇和一个具有６３７支冷却管的热交换器,通过调整散热系统的结构参数㊁设计具有导向叶片的高效热交换器和优化两个轴端风扇距离等方法来提高该风冷散热系统的效率,成功降低电机温升约６ħ.X U 等[３６]研究了额定功率为２５００k W 的高压电机的强制风冷散热系统,该散热系统同时采用外部通风和内部通风,研究了扇叶偏转角和出口角对风扇系统散热效率的影响,通过优化扇叶倾角提高外部风扇冷却效率约１．１６％,增大出口流量０．０８m ３/s.空气是风冷散热系统最常用的冷却介质,此外,还可以采用氢气和氦气对电机进行冷却.X U等[３７]采用氦气对高温气冷堆的鼓风机驱动电机进行冷却,电机额定功率为４５００k W ,仿真结果表明氦气的初始温度显著影响电机的温升.氦气和氢气的热导率是空气的６~７倍,因此相同的气体温度和流速情况下,氦气㊁氢气冷却的散热效率可以达到空气的１．３~１．５倍.同时,氢气和氦气的密度只有空气的１/１４~１/７,因此采用氢气㊁氦气代替空气可以显著减小冷却系统的通风损耗和风摩损耗.然而,氢气和氦气高昂的价格㊁复杂的储存供应系统限制了氢气㊁氦气冷却系统的大规模应用.此外,氢气冷却系统需要氢气纯度不小于９６％和安全可靠的密封防爆系统,这进一步限制了氢气冷却系统的应用.因此,氢气㊁氦气冷却系统多应用于大功率发电机㊁高温反应堆等特殊场合.自然风冷散热系统的传热系数只有２~２５W /(m ２ K ),而强制风冷散热系统的传热系数可达２０~３００W /(m ２ K ).风扇系统虽然在一定程度上增加了系统的噪声和能耗,但是可以显著提高电机的冷却效率,提高磁性材料的利用率.因此,相对于采用自然风冷散热系统的电机,采用强制风冷散热系统的电机往往具有较小的质量和较高的功率密度[３８].９３１１ 电机散热系统的研究现状与发展趋势汤㊀勇㊀孙亚隆㊀郭志军等内部通风散热系统的冷却气流与电机发热部件直接接触,其冷却效率显著高于外部通风散热系统.同时,封闭式散热系统可以有效避免污染物进入电机内部,降低电机维护成本.封闭式内通风散热系统兼具散热效率高和维护成本低的优势,逐渐取代开启式散热系统而得到了广泛的应用.值得注意的是,采用自然风冷散热系统和封闭式外通风散热系统的电机内部不存在高速流动的冷却气流,电机内部热交换效率极低,因此在电机内部关键发热部件与机壳之间构建高效热路是提高电机散热效率的关键.近年来,逐渐出现了在电机机壳与端部绕组之间灌封导热材料的方案[１１Ｇ１５,２６].导热材料的热导率是空气热导率的几十倍至几千倍,可以显著改善端部绕组的散热环境,抑制绕组温升,提高电机散热效率和运行稳定性.风冷散热系统具有结构简单㊁成本低廉㊁安装维护方便和可靠性高等优势,然而较低的散热效率决定了风冷散热系统只能应用于功率密度偏低的电机.风冷散热系统的冷却效率主要由翅片结构参数㊁气体通道分布位置㊁气体流量㊁冷却介质和机壳表面热辐射率等因素决定.氢气㊁氦气取代空气作为风冷散热系统的冷却介质,可以有效提高散热效率㊁降低通风损耗,然而氢气易燃易爆㊁氦气价格昂贵的不足限制了其在风冷散热系统中的大规模应用,因此,空气依然是当前风冷散热系统最常用的冷却介质.２．２㊀液冷散热系统液冷散热系统是在电机机壳内部或电机内部设置密封的循环流道,并采用循环装置驱动冷却介质在流道内循环流动进行换热的电机冷却系统.常用冷却介质的物理特性如表１所示,根据冷却介质可以将液冷散热系统分为水冷散热系统和油冷散热系统两类.水冷散热系统主要是在机壳内部设置循环流道,流道结构主要有圆周型㊁螺旋型和轴向型三种,还有少部分的复合型流道结构,其结构如图８所示.圆周型冷却流道的散热能力较强,螺旋型冷却流道的压力损耗较小,而轴向型冷却流道的轴向温度梯度小,适合轴向长度较长的电机[３９].此外,也可以在定子铁芯上设计循环水路[４０],对定子进行高效冷却,在铁芯轭部集成冷却水管的散热结构如图９所示.水介质具有无污染㊁成本低㊁质量热容和热导率较高等优势,因此得到了广泛的应用.为了克服水介质凝固点较高㊁沸点较低的不足,在实际使用中往往采用水乙二醇混合溶液以降低凝固点,提高水冷散热系统的环境适应性.此外,水冷散热系统在长期循环过程中容易产生水垢并腐蚀机壳,因此在实际应用中还需要添加抗腐蚀和抗泡沫等添加剂[４１].表１㊀冷却介质常温常压下的物理特性T a b．１㊀P r o p e r t i e s o f c o o l i n g m e d i u mu n d e r n o r m a lt e m p e r a t u r e a n d p r e s s u r e密度(k g/m３)热导率(W /(m K))质量热容(J/(k g ħ))空气１．２０．０２５９１００５水９９８．２０．６０００４１８３变压器油８６６．００．１２４０１８９２水乙二醇(体积分数３５％)１０４５．２０．４５３０３６４５水乙二醇(体积分数５０％)１０７３．４０．３８００３２８１㊀(a)圆周型循环水道㊀㊀㊀(b)螺旋型循环水道㊀(c)轴向型循环水道㊀㊀㊀(d)复合型循环水道图８㊀水冷电机流道结构F i g．８㊀F l o wc h a n n e l s f o rw a t e r c o o l i n g m o t o r s图９㊀定子铁芯集成循环水路结构图[４０]F i g．９㊀S t a t o r i n t e g r a t e dw i t h c i r c u l a t i n gw a t e r c h a n n e l s[４０]㊀㊀油介质具有良好的绝缘特性,可以在电机内部流动,与电机绕组㊁定子等发热部件直接进行热交换,也可以在机壳内部的流道中循环流动.这两种油冷方式分别是直接油冷和间接油冷.直接油冷又可以分为浸油式和喷油式两种.浸油式油冷是将电机的定转子都浸没在冷却油中,具有良好冷却效果的同时可以降低电机工作噪声[４２],但是油的黏度较大,增加了电机转子旋转时的能量０４１１中国机械工程第３２卷第１０期２０２１年５月下半月损失;喷油式油冷通过将冷却油喷淋到机壳内表面及定子端部实现对电机的高效散热.直接油冷特别是喷油式油冷的冷却介质与电机内部的发热部件直接接触,可显著降低电机绕组㊁定子等高发热部件的散热热阻,具有极高的散热效率,因此多用于高功率密度电机.油冷系统需要严格的过滤系统对油介质进行过滤,以避免油中的杂质对电机内部的绝缘层造成破坏.油冷散热系统的成本昂贵,因此其应用规模不如水冷散热系统广泛.２．２．１㊀水冷散热系统水冷散热系统的流道结构是影响其冷却效率的关键因素,研究人员通过优化流道结构参数提高了水冷散热系统的冷却效率.通过增加流道数量㊁在冷却流道中添加扰流结构和增加冷却水流量等方式可以有效提高冷却效率,但同时也导致压力损失明显增大.因此,在实际应用中需要综合考虑水道换热能力和压力损失以设计合适的水道结构.吴柏禧[４３]根据水道压降㊁换热能力和水道均温性三项指标对圆周形冷却水道的结构进行了综合性优化,最终确定冷却流道的最优层数为３层,最优截面尺寸为宽８mm㊁高１１．２mm.万珍平等[４４]分析了螺旋形流道结构参数对换热能力和压力损失的影响,结果表明增加流道螺旋圈数可以提高散热能力,但会导致压力损失明显增大;增加流道截面尺寸可以减小压力损失,但是对散热能力的影响较小.杨学威等[４５]采用传统铝型材挤压工艺制作了散热能力不低于８k W㊁压力损失不超过１５k P a的轴向型冷却流道.B O R G E S 等[４６]采用C F D仿真和红外摄像技术从２２个水冷电机流道结构方案中筛选了３个最优模型进行加工,显著地缩短开发时间和降低成本,并进一步采用红外摄像技术验证了电机的温度分布. Z H E N G等[４７]通过优化水道数量㊁水流速度和水道分布结构使电机稳定温度降低了１３ħ.郝嘉欣等[４８Ｇ４９]在水冷电机冷却流道内增加了扰流片,并采用有限元分析法研究了扰流片厚度㊁高度和倾斜角度等尺寸参数对散热效果的影响,结果表明扰流片结构可以降低绕组温度约３ħ,扰流片与冷却液流动方向夹角为３０ʎ㊁行间距８mm㊁列间距５mm的叉排方式为最优方案.范作智等[５０]设计了逆向双水道冷却结构,通过在电机流道内部设计折流筋,将传统流道的水路分割成两条方向相反的并行水路,如图１０所示,有效缩短了冷却液流动的距离,解决了电机冷却液循环过程中温度梯度大的问题.图１０㊀逆向双水道冷却结构[５０]F i g．１０㊀R e v e r s e dd o u b l e c o o l i n g c h a n n e l s s t r u c t u r e[５０]２．２．２㊀油冷散热系统间接油冷散热系统与水冷散热系统类似,都是利用冷却介质在冷却流道内的循环流动带走热量.L A S K A R I S等[５１]设计了一款采用间接油冷散热系统的汽车牵引电机,冷却油在机壳内部的流道中循环流动散热,该散热系统可以带走５k W 的热量,当电机短时间工作在过载工况时,可以通过加快冷却油流动速度的方式带走２５k W的热量.L E E等[５２]采用转子间接油冷散热方案提高了电机的功率密度,如图１１所示,冷却油在电机端盖㊁机壳和中空轴形成的流道中循环,直接对电机转子进行冷却.与机壳内部冷却方案相比,该方案可以有效降低电机绕组温度约３８％.(a)冷却油循环路径(b)冷却通道三维模型图１１㊀电机间接油冷散热系统[５２]F i g．１１㊀I n d i r e c t o i l c o o l i n g s y s t e mo fm o t o r[５２]１４１１电机散热系统的研究现状与发展趋势 汤㊀勇㊀孙亚隆㊀郭志军等。
2024年散热市场发展现状
2024年散热市场发展现状引言散热是电子设备中一个非常重要的问题，电子设备的高温运行会大大降低其工作效率，并对设备的寿命造成负面影响。
因此，散热市场在电子设备行业中扮演着至关重要的角色。
本文将探讨散热市场的发展现状，包括市场规模、主要参与者以及未来发展趋势。
1. 市场规模分析散热市场的规模在过去几年持续增长。
随着电子设备的广泛应用，对散热解决方案的需求不断增加。
据市场研究公司的统计数据显示，散热市场在2019年的规模达到XX亿元，预计到2025年将达到XX亿元。
这一增长趋势主要源于以下几个因素：•电子设备的普及。
随着智能手机、平板电脑、笔记本电脑等电子设备的普及，市场对于散热解决方案的需求急剧增加。
•人工智能技术的发展。
人工智能应用对于计算能力和散热要求较高，为散热解决方案的市场提供了新的增长机会。
•5G技术的推广。
5G通信技术的应用带来了更高的数据传输速度和更大的数据处理需求，对散热解决方案的需求也相应增加。
2. 市场参与者分析散热市场上存在着多家主要参与者，包括散热器制造商、热导材料供应商以及散热解决方案提供商等。
以下是市场上一些主要参与者的介绍：•公司A：作为一家知名的散热器制造商，公司A在散热市场上享有很高的声誉。
他们提供各种散热器产品，包括风冷散热器和水冷散热器，并与多家电子设备制造商合作，为其提供散热解决方案。
•公司B：公司B是一家主要的热导材料供应商，他们提供高性能热导材料，可有效地提升散热效果。
公司B的产品广泛应用于电子设备的散热领域，深受客户好评。
•公司C：作为一家散热解决方案提供商，公司C提供定制化的散热解决方案，以满足客户的个性化需求。
他们与电子设备制造商紧密合作，为其提供全方位的散热解决方案。
3. 发展趋势展望散热市场在未来几年有望继续保持稳定增长。
以下是未来发展趋势的一些展望：•绿色环保散热解决方案的需求将增加。
随着环保意识的提高，市场对绿色环保散热解决方案的需求将不断增加。
芯片散热技术重大突破：科学家将冷却系统性能提升五十倍
芯片散热技术重大突破：科学家将冷却系统性能提升五十倍作者：暂无来源：《海外星云》 2020年第13期你可能有过这样的经历，当你的手机在运行大型游戏时，或者电脑在运行视频剪辑软件时，它们可能会热得发烫，而且游戏会卡顿，视频剪辑软件也会处于未响应状态。
这一切的原因，或多或少都与电子设备中电子电路的散热性能有关。
如今，热管理已经是未来电子产品面临的主要挑战之一。
随着数据生成和通信速度的不断提高，以及工业器件尺寸和成本的不断降低，电子产品的功率密度也一直在增加，电子电路的冷却已变得极具挑战性。
目前，由于液态冷却的散热性能大大优于金属散热器，液体散热技术被逐渐应用在大功率器件或者高性能计算芯片上。
但这种液体必须是绝缘体，并且不能与电子元件发生任何化学反应。
而且，尽管液体冷却系统可用于冷却电子器件，但是传统的液态冷却器可以产生温度梯度以及能耗大等问题。
将液体冷却系统嵌入微芯片是一种很有吸引力的方法，但当前芯片和冷却系统的设计限制了冷却系统的效率。
近日，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）助理教授伊丽尚·马蒂尼奥及其同事研发出了一种新型集成液体冷却系统，通过将液体冷却系统直接嵌入电子芯片内部，来控制电子产品产生的热量。
与传统的电子冷却方法相比，这种方法的冷却性能最高可以达到传统设计的 50 倍，是一种前景可观、可持续，并且具有成本效益的方法。
据论文描述，研究人员仅使用 0.57 瓦 / 平方厘米的泵浦功率就可以散去超过 1.7 千瓦/ 平方厘米的热通量。
单相水冷热通量超过每平方厘米 1 千瓦时，性能系数达到了前所未有的水平，相较于平行微通道整整增加了 50 倍，芯片的温度也被限制在 60 摄氏度以内。
研究人员表示，通过消除对大型外部散热器的需求，这种方法可以使更多紧凑电子设备（如电源转换器）集成到一个芯片上。
在此次研究中，研究人员在一个极为精细的尺度上控制硅晶圆的结构，用来在氮化镓（GaN）电路表面上放置冷却剂通道。
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电子器件散热技术现状及进展
随着电子及通讯技术的迅速发展，高性能芯片和集成电路的使用越来越广泛。
电子器件芯片的功率不断增大，而体积却逐渐缩小，并且大多数电子芯片的待机发热量低而运行时发热量大，瞬间温升快。
高温会对电子器件的性能产生有害的影响，据统计电子设备的失效有55 %是温度超过规定值引起的，电子器件散热技术越来越成为电子设备开发、研制中非常关键的技术。
电子器件散热的目的是对电子设备的运行温度进行控制(或称热控制)，以保证其工作的稳定性和可靠性，这其中涉及了与传热有关的散热或冷却方式、材料等多方面内容，目前主要有空气冷却技术和液体冷却技术两大类。
1 空气冷却技术
空气冷却技术是目前应用最广泛的电子冷却技术，包括自然对流空气冷却技术和强制对流空气冷却技术。
自然对流空气冷却技术主要应用于体积发热功率较小的电子器件，利用设备中各个元器件的空隙以及机壳的热传导、对流和辐射来达到冷却目的。
自然对流依赖于流体的密度变化，所要求的驱动力不大，因此在流动路径中容易受到障碍和阻力的影响而降低流体的流量和冷却速率。
对于体积发热功率较大的电子器件，如单一器件功耗达到7 W(15~25 W-cm-2)，板级(印制电路板)
功耗超过300 W(2~3W-cm-2)时，一般则采用强制对流空气冷却技术。
强制散
热或冷却方法主要是借助于风扇等设备强迫电子器件周边的空气流动，从而将器件散发出的热量带走，这是一种操作简便、收效明显的散热方法。
提高这种强迫对流传热能力的方法主要有增大散热面积(散热片)以及提高散热表面的强迫对流传热系数(紊流器、喷射冲击、静电作用)。
对一些较大功率的电子器件，可以根据航空技术中的扰流方法，通过在现有型材散热器中增加小片扰流片，。