相變散熱
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
相變散熱的實例教程
功率放大器模塊產生的熱量被下面的相變散熱器吸收。內部和外部的熱量相互耦合，最終完成了電子艙的散熱過程。
根據連接環處隔熱性能的不同，選擇兩組典型曲線作為系統的輸入條件，如下圖所示。
不考慮相變散熱器和電子艙內部熱源的影響，輸入和輸出如下圖所示。
加強型隔熱曲線下框架內部線的溫差為13.6°C，而普通曲線的溫度為19.4°C。因此，框架不同位置的溫度梯度是明顯的，并且隨著熱量的增加，溫度梯度會變得更大。對于安裝在框架上的模塊，需要考慮不同位置之間的溫差，并做出合理的分布。
仿真計算時變溫度邊界條件對相變散熱器的影響，無論電子艙中熱源的影響如何，都使用增強的隔熱曲線作為輸入。相變散熱器在不同時間的溫度分布如下圖所示。隨著框架溫度的不斷升高，散熱器在350秒時發生了相變，底部的四個角在400秒時完全熔化。由于頂部表面沒有熱源，熱量只能從底部向頂部傳導，因此頂部表面的溫度分布相對均勻。在400s內，頂面基本保持在相變溫度，這對安裝在其上的功率放大器模塊起到了一定的隔熱作用。從上面的分析來看，即使沒有內部熱源，相變散熱器在外部氣動熱的傳導下也會釋放出一部分潛熱。
綜上所述，在氣動熱的影響下，連接框架的溫度呈現出明顯的梯度分布。框架上中心線的溫差可以達到19.4°C。在增強連接環處的隔熱性能后，內壁的溫度降低了約21°C。由于框架的溫度不均勻，局部溫度會高于相變材料的熔化溫度，并會損失一些潛熱，熱設計中應考慮該部分的消耗量。
文章來源CAE工程師筆記
展開 來源 | 金融界，國家知識產權局
2023年12月16日消息，據國家知識產權局公告，深圳市英維克科技股份有限公司申請一項名為“一種相變風冷散熱裝置“，公開號CN117239280A，申請日期為2023年10月。
專利摘要顯示，本發明公開了一種相變風冷散熱裝置，包括散熱基板、換熱器、回流管和出氣管，所述出氣管連通在所述散熱基板的氣體出氣口和所述換熱器的氣體進口之間，所述回流管連通在所述換熱器的液體出口和所述散熱基板的液體回流口之間；所述散熱基板至少一側邊沿設置有所述氣體出口以及所述液體回流口。在該相變風冷散熱裝置中，通過蒸發進行散熱，散熱效率高，而且可以實現自循環，降低能耗。另外，在散熱基板至少一側邊沿同時設置有氣體出口以及液體回流口，利于回流的液體受熱后盡快排出，可以提高排熱效率。綜上所述，該相變風冷散熱裝置能夠有效地解決散熱裝置散熱效果不好的問題。
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正文
任何物質在常溫常壓都呈現一種狀態，在常溫常壓下水是液態，氧是氣態。這些固態、液態、氣態統稱為相態。物質所具備的物理特性，很大程度上取決于它的相態。我們平時所喝的水，當溫度在0℃下結成了冰，冰是固體，很難把堅硬有形的冰與柔軟流動的水相比。工程技術人員對鋼的強度、硬度關心備至，然而到了1400℃的高溫下，鋼鐵相態改變，熔成鐵水，錚錚鐵骨蕩然無存，強度、硬度也無從談起。我們所說的物質的物理特性，都是在一定相態下所具有的，相態變化--相變了，流水成了堅冰；鋼筋鐵骨成了鋼水鐵水，諸多的物理特性都面目全非。
眾所周知，溫度、壓力是物質相變的重要原因。（為了便于討論，我們先把引起相變的兩因素中，暫時固定一個，即在一個標準大氣壓下，溫度對相變的作用。）溫度的作用雖然至關重要，然而只有達到了某一特定值，相變才能發生，這就是我們熟知的熔點、沸點，在大多情況下，溫度變化并不能導致相變，只能使物質發生熱脹冷縮。
熱脹冷縮
隨著溫度的變化，物質會熱脹冷縮，溫度升高體積增大。人們已經很精密的測量到一些物體隨溫度升高時長度增加，精確地記錄了一些物體的線膨脹系數。
因為物質是是由原子構成，熱脹了，肯定是原子之間的間隙增大、或是原子半徑脹大了。為什么溫度升高能夠增加間隙、增大半徑？
"溫度"最初是人類對外界冷熱的感知，現代有了各種溫度計來測量物質的冷熱程度。溫度實質上就是核外電子運轉的速度。
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電子產品散熱設計理論視頻課程---自然對流之瑞利數的計算
電子產品散熱設計理論視頻課程----初識熱輻射的理論計算公式
本課程著重方法和熱設計相關理論知識面原理的講解,在課程每個獨立小節均設有實際案例講解，并提供大量具有典型意義理論計算實例，提升散熱設計理論計算水平。全套培訓課程內容均為長期的工作積累，非常具有實際指導意義和實用性, 課程中涵蓋了有關自然散熱/強制對流/水冷散熱/機箱系統級散熱/輻射散熱/TEC散熱/瞬態散熱/相變散熱等散熱設計的理論知識原理講解和詳細的理論計算.
近二三十年來，隨著經濟、技術的快速發展。使得電子產品封裝元件的高熱流密度、電子產品的小型化發展方向和使用環境的多樣化，電子產品的散熱面臨著史無前例的挑戰。電子工業界一直在努力通過多種手段降低電子元件工作溫度，以改善電子產品系統的可靠性。在全環化的運營環境背景中，電子產品同時又具有市場周期短、產品競爭激烈的特點，這使得快速高效的熱管理技術需求越來越迫切，企業如何高效地確定產品的散熱方案成為重中之重。
在產品設計初期，因產品的快速設計需求，正向的理論設計計算可以在幾小時內給出設計方案。基于正向的理論化,通過建立產品理論計算模型進行方案的理論與可行性評估遴選，設計后期再通過測試確定方案效果的研發模式已經被很多企業采用。
顯然，基于正向的理論計算化的熱設計方法，可以以極快的速度完成產品的散熱設計工作，來獲得產品熱設計所需的準確信息。同時，由于其設計過程中不需消耗硬件資源，基本上沒有成本產生。
展開 來源 | Applied Thermal Engineering
01
背景介紹
隨著電子器件小型化、集成化、高功率化的快速發展，散熱問題已成為微電子技術的主要瓶頸之一。需要注意的是，熱界面材料(TIMs)被廣泛用于填補電子元件與散熱器接觸界面處的氣隙，因此在電子元件的散熱中起著至關重要的作用。電子技術的進步需要開發高性能的TIM。增強導熱系數是提高TIMs散熱性能的一種非常有效的方法，這可以通過添加導熱填料來實現。對于粘結厚度（BLT）和接觸熱阻（TCR），它們與硬度密切相關。有報道稱，采用固-液相變材料(PCMs)作為TIMs，即相變TIMs (PCTIMs)，其在吸收電子元件產生的熱量后由固態變為液態，硬度顯著降低，從而降低熱阻。此外，PCTIMs在吸熱前為固態，具有易于安裝的優點。然而，目前的PCTIMs通常存在兩個缺點，液體PCM泄漏和導熱系數低。因此，開發高導熱、形狀穩定的PCTIMs對于實現高效散熱具有重要意義。
02
成果掠影
相變熱界面材料(PCTIMs)受到越來越多的關注，但其導熱系數低，難以顯著改進。近期，華南理工大學傳熱強化與過程節能教育部重點實驗室方曉明研究員取得新成果。該團隊使用垂直排列的短切碳纖維(VASCFs)用于開發具有高導熱性的PCTIMs，這是首次采用該方法開發PCTIMs。由于提供了完整的傳熱路徑，VASCFs獲得了最有效的導熱增強效果，這一點在有限元模擬中得到了進一步驗證。因此，將VASCFs摻入硅橡膠(SR)和石蠟(PA)的材料中，以制造形狀穩定的相變材料。
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相變散熱的最新內容
、散熱膜、導熱泥、導熱膜硅膠、膏、云母片、墊片、硅脂、灌封膠等;
3、散熱風扇配件：銅、鋁制品、鋁器材、散熱型材、鐵散熱片、鈑金、五金沖壓件、機箱、散熱墊、翅片管、導熱管、導熱板、散熱模塊、觸控板、風扇網罩、風機、電機、馬達、風扇自動組裝機、散熱器焊接等；
4、散熱設備：液態金屬散熱器、型材散熱器、散熱風扇、散熱模組、熱導管、插片散熱器、插針式散熱器、機箱一體化散熱器、水冷散熱器、電阻散熱器
傳統散熱技術難以滿足散熱需求，而環路熱管因其基于相變散熱原理，具有傳熱能力強、無需外部能量輸入等優點，在微電子和航空航天等領域應用廣泛。
本研究采用浸入邊界法（IST）劃分網格，homogeneous mixture模型捕捉氣液兩相界面運動，標準k-ε模型描述湍流，并利用熱限制相變模型、LEE模型及壁面冷凝模型等描述流動相變效應，分析了工質在系統回路中的流動狀態、相變率及相含率變化。
專利摘要顯示，本發明公開了一種相變風冷散熱裝置，包括散熱基板、換熱器、回流管和出氣管，所述出氣管連通在所述散熱基板的氣體出氣口和所述換熱器的氣體進口之間，所述回流管連通在所述換熱器的液體出口和所述散熱基板的液體回流口之間；所述散熱基板至少一側邊沿設置有所述氣體出口以及所述液體回流口。在該相變風冷散熱裝置中，通過蒸發進行散熱，散熱效率高，而且可以實現自循環，降低能耗。
仿真計算時變溫度邊界條件對相變散熱器的影響，無論電子艙中熱源的影響如何，都使用增強的隔熱曲線作為輸入。相變散熱器在不同時間的溫度分布如下圖所示。隨著框架溫度的不斷升高，散熱器在350秒時發生了相變，底部的四個角在400秒時完全熔化。由于頂部表面沒有熱源，熱量只能從底部向頂部傳導，因此頂部表面的溫度分布相對均勻。
為了保證計算機高效、穩定的運行，對散熱問題的解決提出了巨大的挑戰，相變散熱是一種非常有優勢的散熱方式，近幾年受到人們廣泛關注。
基于相變原理的高效散熱器件，均熱板（Vapor Chamber，VC）能夠將熱點處的熱量快速均勻地傳遞出來，在各個品牌的手機中得到了越來越廣的應用。然而，隨著設備功率密度的提高和手機超薄化帶來的內部空間的不斷減小，業內對高性能超薄均熱板（VC）的需求越來越迫切，而其研發難度也越來越大。
均熱板內部通過工質蒸發、輸運與冷凝的相變循環實現熱量的快速傳遞。
來源 | Applied Thermal Engineering
01
背景介紹
隨著電子器件小型化、集成化、高功率化的快速發展，散熱問題已成為微電子技術的主要瓶頸之一。需要注意的是，熱界面材料(TIMs)被廣泛用于填補電子元件與散熱器接觸界面處的氣隙，因此在電子元件的散熱中起著至關重要的作用
基于上述優異性能，PCPU/mCNTs薄膜可以通過相變和散熱的協同作用，有效地實現電子器件的熱管理。此外，PCPU/mCNTs薄膜還可以根據應用場景進行重塑和回收。該工作為電子器件熱管理材料的設計提供了一種新思路，未來應進一步關注該方法的普適性。
在電機設計階段充分考慮額外熱路對電機溫升的抑制效果，調整電機電磁方案以提高電機功率密度，優化電機結構以提高導熱膠、相變器件與電機的集成化程度，提高相變強化散熱系統的可靠性，從而推動相變強化電機散熱系統的產業化應用。
（3）碳化硅基開關元件器變流器優勢：開關頻率較既有系統提升4倍（500Hz提升至2000Hz），開關損耗降低10%以上；相變散熱系統優化設計，散熱性能提升30%，重量降低15%、體積減少10%，同比IGBT散熱器溫度降低8k；變流器模塊集成了6個半橋全SiC器件，構建雙路三相逆變輸出，模塊實現高功率密度設計，重量降低35%，體積減少50%。
