【摘 要】
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随着信息化时代高速发展和数据业务需求急剧增长,机柜的规模和热流密度的增大,制冷系统效率的提高和能耗的降低迫在眉睫。传统的空调制冷手段已无法满足机柜的散热需求,液冷技术散冷却效率高但泄露、狭小空间设计困难和高密封性等问题同样不易解决。基于脉动热管与液冷技术结合具有散热效率高、空间利用率高、易加工、易实现水电分离等优点,在高热流密度机柜上具有较好的应用前景。本文设计了一种回旋式弯头的脉动热管作为机柜关
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随着信息化时代高速发展和数据业务需求急剧增长,机柜的规模和热流密度的增大,制冷系统效率的提高和能耗的降低迫在眉睫。传统的空调制冷手段已无法满足机柜的散热需求,液冷技术散冷却效率高但泄露、狭小空间设计困难和高密封性等问题同样不易解决。基于脉动热管与液冷技术结合具有散热效率高、空间利用率高、易加工、易实现水电分离等优点,在高热流密度机柜上具有较好的应用前景。本文设计了一种回旋式弯头的脉动热管作为机柜关键散热元件进行研究,主要完成工作如下:（1）根据机柜的尺寸形状设计脉动热管的形式,搭建实验测试台,研究了脉动热管的启动特性和稳定运行时的传热性能;（2）对机柜散热模块进行三维建模,利用Icepak进行了数值模拟及实验验证,并对水冷散热系统进行了结构优化;（3）建立热管式水冷机柜模型,分析了总发热功率、进口流量、进口温度对机柜散热的影响;（4）根据分析结果对机柜结构进行优化,设计了组合式冷却机柜,分析部分工况对机柜内热环境的影响,为基于脉动热管的机柜冷却系统应用的设计和优化提供参考。可以得出以下结论:（1）同加热功率下,丙酮脉动热管具有更强的启动性能;50%为脉动热管的最佳充液率,操作温度的升高有利于提升脉动热管的传热性能但会降低热管的传热极限;加热功率为800W以下,丙酮脉动热管的应用效果更好,加热功率大于800W时,乙醇脉动热管的传热性能更强。在50%充液率,操作温度30℃,加热功率800W时,丙酮脉动热管热阻为0.0607℃/W。（2）在相同工况下,结构III水冷板在散热模块内的换热性能最好,压力损失最小;在加热功率1000W,进口水温20℃,单块冷板进口流量7L/min时,结构III散热模块的热源最高温度为72.49℃。（3）在热管式机柜中,循环水量的增大会提高机柜的散热性能,但提高的幅度逐渐减小;在满足散热的前提下,较高的冷却水温散热效率更高,有利于降低能耗;在机柜总发热功率大于2400W时,机柜冷却系统难以满足设计要求。（4）组合式机柜的散热性能更强耗能更少,可以满足总发热功率为3200W的散热需求;增大风机风量和风压虽然可以降低机柜内热环境的温度,但会导致机柜风量分布不均匀,耗能和噪音变大;在总水量一定时,分配到冷板的流量越大散热效果越好;改变风机风向为吹风后,机柜整体温度和速度分布更加均匀;热管失效后,在总发热功率1000W之下,机柜仍可正常运行;
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