随着CPU的集成度和性能的不断提高和它的物理尺寸的不断减少,CPU热流密度急剧增加,然而传统冷却CPU的风冷散热方式正趋于散热极限,CPU散热问题已成为制约计算机发展的主要因素之一,目前已经成为流体力学和传热学的重要研究领域之一。因此,作为相变的传热设备的热管具有极高的导热性、优良的等温性、高散热效率和良好的环境适应性等特点,它可以在非常小的温差下可以有效地传递很高的热量,很适合高热流密度情况下散热。目前已经广泛应用于CPU散热领域,开发出了热管散热器、蒸汽腔散热器等多种两相散热元件。 本文首先对CPU散热技术及热管型CPU散热器的国内外研究和发展现状进行了综述:结合热管散热器和蒸汽腔散热器的特点提出了具有散热效率高、结构紧凑、接触热阻小、重量轻、成本低等特点的CPU集成热管散热器的设计理念,并简单介绍了热管的工作原理;根据当前CPU常用散热器的实际运行情况以及常用的评测散热器性能参数,建立了散热器性能测试试验台;对设计出的CPU集成热管器件散热器的流动与传热性能以及均温性进行了测试;比较分析了在不同散热功率、风速、倾斜角等试验工况下散热器的传热性能的变化规律。应用商业软件Star-CD对CPU集成热管散热器的外部流场和传热特性进行了数值模拟,将数值模拟结果和试验结果对比,验证了所提出的数值计算方法是可靠和可行的;利用此数值模拟方法对CPU集成热管散热器在不同散热翅片间距、厚度和气流速度下散热器的流动与传热性能进行了数值计算,分析了这些参数的变化对散热器传热性能的影响;针对未来CPU冷却的要求,确定了与最优气体流速匹配的最佳翅片间距、厚度的CPU集成热管散热器的新结构;利用试验评测了根据数值模拟提供的新结构开发出的新CPU集成热管散热器的传热性能;最后在场协同强化传热的理论的基础上,对CPU集成热管散热器的散热翅片错位排列来强化散热器的散热,满足未来大功率、多热源的电子元件的散热,为今后进一步优化散热器提供了依据。