论文总字数：29191字

摘 要

工程上散热器、换热器往往尺寸大，热负荷高，所以风洞试验台也体积庞大，造价高，对于小型用电器中的微型散热器，测量也不精确。

本项目开发了一套适用于尺寸微小、负荷低的微型散热器性能测试装置，其形式为微型风洞试验台，在检测微型散热器性能时有更高精确度，并可灵活更换检测对象，且装置占空间小。

论文给出了微型散热器的特征及评价指标，详细叙述了稳态检测原理，根据设计工作条件及尺寸限制条件进行了尺寸设计及各装置选型，对空气流经各部件时产生的压损进行了水力计算，绘制了测试装置的阻力曲线。

本装置包含了配套软件，可实时监测参数变化情况，调节加热器功率、风机转速，并通过热阻的形式对散热器散热性能给出评价，文中对控制系统的控制原理、模块选型做出了说明。在本微型风洞试验台上进行了检测实验，根据实验数据对设计进行了复核，并说明了误差来源。

经实验证明，本装置可以检测微型散热器散热性能，且实际阻力损失与设计值的误差满足要求。

关键词：微型散热器性能测试，风洞试验台，水力计算

Abstract

In engineering, radiators and heat exchangers are often large in size and high in heat load. Therefore, wind tunnel test rigs are also bulky and costly. For miniature radiators used in small appliances, measurement is not accurate.

This project has developed a set of micro-heatsink performance test equipment suitable for small size and low load, in the form of a miniature wind tunnel test bench, which has higher accuracy in detecting the performance of micro-heatsinks and can flexibly change the test objects. And the device takes up less space.

The paper gives the characteristics and evaluation indicators of micro-heatsinks. The principle of steady-state detection is described in detail. The size design and the selection of each device are performed according to the design working conditions and the size constraints, and the pressure loss caused by the air flowing through each component. A hydraulic calculation was performed and the resistance curve of the test device was plotted.

The device contains supporting software that can monitor the change of parameters in real time, adjust the heater power, fan speed, and evaluate the heat dissipation performance of the radiator through the form of thermal resistance. The control principle and module selection of the control system are explained in this paper. Test experiments were conducted on the micro-wind tunnel test bench. The design was reviewed based on the experimental data and the error sources were explained.

The experiment proves that the device can detect the heat dissipation performance of the micro radiator, and the actual resistance loss and the design value error meet the requirements.

KEY WORDS: Miniature Radiator Performance Test, Wind Tunnel Test Rig, Hydraulic Calculation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 课题研究现状 1

1.3 课题实现目标 2

第二章 微型散热器性能测试装置研制设计总方案 3

2.1 微型散热器性能测试装置结构和原理 3

2.1.1 微型散热器 3

2.1.2 微型散热器性能测试装置结构 3

2.1.3 微型散热器性能测试装置原理 3

2.2 设计工作条件及限制 3

2.3 尺寸设计 4

2.3.1 设计简图及预设计尺寸 4

2.3.2 管道直径选取 4

2.4 弧形进口段局部阻力损失 5

2.4.1 光滑管段沿程阻力损失 5

2.4.2 整流格栅局部阻力损失 6

2.4.3 加热与测量段局部阻力损失 6

2.4.4 方管出口与引风机圆管入口转接处局部阻力损失 8

2.5 风机选型： 9

2.5.1 方案一：选取小型离心式引风机 9

2.5.2 方案二：小型轴流式风机 10

2.5.3 方案三：混流式管道风机 10

2.6 格栅选型 11

2.6.1 格栅尺寸设计 11

2.6.2 格栅形式设计 12

2.6.3 格栅材料比较 12

2.7 风机性能曲线计算过程 15

2.7.1 管路特性曲线绘制 15

2.7.2 设计流速下压损 17

2.8 加热片选取 17

2.9 测量仪器选择 18

2.9.1 流量测量仪表选择 18

2.9.2 流量测量仪器数量设置 19

2.9.3 微差压变送器 19

2.9.4 温度测量仪器 20

2.10 各部分安装及固定方法 20

2.10.1 进口弧形整流段连接方式 20

2.10.2 皮托管安装方式 21

2.10.3 直管段出口与风机连接方式 21

2.10.4 加热及测量段与直管段连接方式 22

2.10.5 被检测散热器的更换方法 22

2.10.6 材料切割方法 22

第三章 装置实体装配 23

3.1 管壁固定 23

3.2 漏气密封 23

3.3 加热片固定 23

3.4 格栅固定 24

3.5 风机进口转接调整 24

3.6 装置实物图 26

组装后的装置实物图见图19： 26

3.7 复核计算 26

3.7.1 尺寸复核 26

3.7.2 参数复核 26

第四章 装置设计图及电气原理图 27

4.1 测控系统原理图 27

4.2 模块选择 27

4.3 软件结构及功能 27

4.4 实验操作过程 28

4.4.1 实验前调试 28

4.4.2 检验串口 28

4.4.3 实验数据处理步骤 29

4.4.4 结束实验 29

4.5 实验数据处理 29

4.5.1 实验一 29

4.5.2 实验二 30

4.5.3 实验三 31

4.5.4 实验四 32

4.5.5 实验结论 34

第五章 实验误差分析: 35

5.1 装置漏气导致误差 35

5.2 管壁表面干粗糙度 35

5.3 各测量仪表误差 35

5.4 环境变化 36

5.5 忽略管壁散热导致的误差 36

5.6 实验数据拟合的误差 36

5.7 忽略层流发展阻力损失的计算误差 36

5.8 忽略各段接缝压损的误差 36

致 谢 37

参考文献 38

绪论

研究背景

电子元件在工作时需要及时将热量转移出去，以防止局部温度过高引起的性能下降及潜在的工作危险，散热器就是被设计用来快速、稳定地疏散电子元件工作产热的器件。所以准确地对不同形式的散热器进行评测，对散热器结构优化有重要意义，也对电子元件安全稳定工作有重要意义。

本实验主要对电子芯片为热源时的散热器性能进行检测。经过研究，芯片温度升高时，会产生机械应力，而这种应力会反过来作用于芯片及电极引线上，这会继续限制温度散失，从而导致恶性循环。其结果是电极引线断裂及芯片寿命降低^[1]。芯片节点散热主要有热传导、热对流及热辐射三种形式，本实验主要是检验散热器通过热对流形式的散热效果。此外，有实验表明，散热器结构不合理会导致局部温度分布不均，使部分位置温度超限，提高电子元件的失效率^[2]。

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