2024年2月8日发(作者：朋杰)

笔记本电脑热管散热器总传热能力的分析

1 热管散热器的结构尺寸计算：

图1 CPU散热器基本结构示意图

图 1是为 笔记本电脑CPU芯片的热管散热器的结构示意图,散热片周围冷却气流温度为

Tf=25oC,冷却气流流量为V=20m3/h(假定),要求散热器稳定工作时,CPU表面接触温度Tcpu=61oC,热管工质为纯水,热管材质为纯铜,散热片材质为纯铜,吸液芯为槽道。

散热器的有关结构尺寸图表：

翅片的结构示意图：

6748511.5456532

1.20.2

热管的结构示意图:

0.6.2347.2

热管槽道微观结构：

0.220.0992.200.09

其它主要参数和计算结果：

单位：mm

铜热管的壁厚和导热系数：δrg=δsr=0.0006m,

λrg=399W/(m•oC),

， 热管内部蒸发段和冷凝段水的传热系数hzf=hln=5.8kW/(m2•oC)（假定）蒸发段长度为lzf=0.032m，

冷凝段长度为lzf=0.067m，

蒸发段内壁表面积：

根据槽道的微观结构图不难发现，增加了槽道后，使接触面积比没有槽道的光管增加了一倍。所以忽略微型槽道对蒸发与冷凝过程的影响，则换热能力按实际的接触面积计算。即内壁表面积为：

Azf=0.00098688m2，

冷凝段内壁表面积：

Aln=0.00206628m2

散热翅片的翅厚δ=0.0002m，散热翅片的翅间距厚s=0.0012m，翅片总数57片，散热片总表面积Af=0.072282m2。

2 热管散热器的传热模型和总传热系数图：

本计算中采用传热热阻来计算热管散热器的传热能力。

热管散热器总传热能力按描述对流传热的牛顿冷却公式可以写为

Q=αAΔT (1)

式中，Q为热管散热器的总传热量，α为散热器的总传热系数，A为散热器的基准散热面积，ΔT为 CPU表面温度Tcpu与散热片周围冷却气流温度Ta的差，即

ΔT=Tcpu−Tf (2)

(1)式中，A和ΔT一般是指定的和已知的，因此要求得散热器的总传热能力Q，就只须求出总传热系数α，为此，将(1)式改写为

1α=AΔT=AR (3)

Q(3)式中，R是当基准面积A为单位面积时，散热器的总热阻，按传热学理论，它也是各串联传环节中的热阻之和。

Q→Rcpu—Rrg—Rbh—Rln—Rsr—Rf→ Q

图 2 热管散热器的传热模型

图2给出了热管散热器以热阻方式给出的传热模型。各个传热环节的热阻则可根据其传热方式为导热或者对流而分别运用傅立叶导热定律或者牛顿对流冷却公式推出，结果如下：

2．1 单管传热能力的校核计算及改进方案：

1. 设Rcpu为从CPU表面传递到贴附其上的热管蒸发段内壁的导热阻，则有Rcpuδrg1 (4)

=•λrgAzf(4)式中，δrg为热管蒸发段壁厚，λrg为热管材料的导热系数，Azf为蒸发段热管的内壁表面积。

λrg=399W/(m•oC，

δrg=δsr=0.0006m，

Azf=0.00098688m2

0Rcpu=0.0015238CW

2. 设Rrg为蒸发段的传热热阻，即Rrg=1 (5)

Azfhzf式中，hzf蒸发段内壁与工质之间的传热系数。

hzf=hln=5.8kW/(m2•oC)，

Azf=0.00098688m2

0Rrg=0.1747CW （约为总热阻的30%左右）

3. 设Rbh为热管内饱和蒸汽传递热阻,由于是等温传热,故可忽略,即有Rbh≈0 (6)

4. 设Rln为冷凝段的传热热阻,有Rln=1(7)

Alnhln式中,Aln为冷凝段热管的内壁表面积,hln 冷凝段内壁与工质的传热系数。

hzf=hln=5.8kW/(m2•oC)，

Aln=0.00206628m2

0Rln=0.08344CW

5. 设Rsr为冷凝段内壁到散热片基板之间的导热热阻,即Rsr=δsr1(8)

•λsrAw式中，δsr为热管冷凝段的壁厚，λsr为热管冷凝段材料的导热系数，Aw为热管冷凝段的中径面积。

λrg=399W/(m•oC，

δrg=δsr=0.0006m，

Aln=0.00206628m2

0Rsr=0.000728CW

1(9)

Afhf6. 设Rf为从冷凝段散热片到冷却气体之间的传热热阻,即Rf=式中,Af为散热片总表面积,hf为冷却气体与散热片之间的传热系数。

单管翅片热阻：

C

61

56

52

48

44

40

单管换热量(W) 翅片换热量(W) 等温翅片换热量(W)翅片效率

1.69611

1.45879

1.26868

1.08211

0.89182

0.70183

1.702

1.46658

1.27826

1.08919

0.90117

0.71307

02.85098

2.45501

2.13823

1.82146

1.50469

1.18791

0.596987702

0.597382495

0.597812209

0.597976349

0.598907416

0.600272748

Rf=0.37237CW （约为总热阻的50%以上）

综上，可以写出总热阻R的计算表达式为

R=Rcpu+Rrg+Rbh+Rln+Rsr+Rf (10)

将式(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)代入式( 10)中 ,即得

δrg1δ1111R=•++0++sr•+ (11)

λrgAzfAzfhzfAlnhlnλsrAwAfhf单管散热器总热阻：

0R=0.6327618CW

Q=单管散热其总传热能力：

ΔT (12)

RQ=56.89W

热管内壁的工作温度为46.22oC，热管内工质的工作温度50.97oC。

单管改进方案：

1、增加蒸发段长度:

蒸发段长度增加一倍，蒸发面积增加了一倍，即：Azf=0.00098688m2，所以从CPU表面传递到贴附其上的热管蒸发段内壁的导热阻Rcpu和蒸发段的传热热阻Rrg均减小一半，Rcpu=0.0007619C0W和Rrg=0.0879C0W。故总热阻R=0.5440999C0W

改进后的单管散热器总传热能力：Q=66.16W，较改进前提高了9.3W。

2、增加冷凝段长度：

冷凝段长度增加一倍，冷凝面积增加了一倍，即：Aln=0.00413256m2，所以冷凝段内壁到散热片基板之间的导热热阻Rsr和冷凝段的传热热阻Rln均减小一半，0Rsr=0.000364CW0和Rln=0.04172CW。由于其它参数不变，这意味着在翅片侧将沿用双热管的结构形式，假如利用双热管的形式，则从冷凝段散热片到冷却气体之间的传热热阻将由原来的Rf=0.37237C0W减小到Rf=0.2785C0W，

两管间距23mm

(C)

61

56

52

48

44

40

管壁换热量(W) 翅片换热量(W)翅片等温换热量(W)翅片效率

2.30244

1.98044

1.72816

1.46906

1.21616

0.95887

2.26778

1.95277

1.70033

1.44837

1.19605

0.94399

Rf=0.2785C02.77135

2.38644

2.07851

1.77058

1.46266

1.15473

W0.818294333

0.818277434

0.818052355

0.818020084

0.817722506

0.817498463

0故总热阻R=0.4968078CW

改进后的单管散热器总传热能力：Q=72.46W，较改进前提高了15.57W。

3、改变翅片间距：

将翅间距由原来的1.2mm减少到1mm，则翅片数量和面积均增加，翅片数量由原来的57片增至67片。故从冷凝段散热片到冷却气体之间的传热热阻Rf将减小，由原来

的Rf=0.37237C0W减小到Rf=0.32302C0W0，故总热阻R=0.5834118CW，改进后的单管散热器总传热能力：Q=61.71W，较改进前提高了4.8W。

C

61

56

52

48

44

40

单管换热量(W)

1.675699

1.44276

1.255555

1.072786

0.8863205

0.6996543

翅片换热量(W) 等温翅片换热量(W)1.663383

2.795715

1.432067

2.407425

1.246932

2.096786

1.061479

1.786152

0.8766372

1.475518

0.6917582

1.164883

翅片效率

0.594975883

0.594854253

0.594687298

0.594282569

0.594121658

0.593843502

4、上述方案均实施：

a、 蒸发段长度增加一倍，蒸发面积增加了一倍，即：Azf=0.00098688m2，所以从CPU表面传递到贴附其上的热管蒸发段内壁的导热阻Rcpu和蒸发段的0传热热阻Rrg均减小一半，Rcpu=0.0007619CW0和Rrg=0.0879CW。

b、 冷凝段长度增加一倍，冷凝面积增加了一倍，即：Aln=0.00413256m2，所以冷凝段内壁到散热片基板之间的导热热阻Rsr和冷凝段的传热热阻Rln均0减小一半，Rsr=0.000364CW0和Rln=0.04172CW。

c、 将翅间距由原来的1.2mm减少到1mm，则翅片数量和面积均增加，翅片数量由原来的57片增至67片。另在翅片侧沿用双热管的结构形式，故从冷凝段散热片到冷却气体之间的传热热阻Rf将减小，由原来的Rf=0.37237C0W减小到Rf=0.23969C0W。

翅片效率

0.818832538

0.818890447

0.819073399

0.818951165

0.819398026

0.819251613

0--

(C)

61

56

52

48

44

40

两管间距23mm

(翅间距0.8mm)

管壁换热量(W) 翅片换热量(W) 翅片等温换热量(W)

2.26015

2.24169

2.737666

1.945991

1.930481

2.357435

1.690723

1.68176

2.053247

1.444883

1.432398

1.749064

1.186528

1.183931

1.444879

0.940773

0.9345154

1.140694

0故，改进后的总传热热阻将由改进前的R=0.6327618CW减小到R=0.3693359CW，改进后的单管散热器总传热能力：Q=97.47W，较改进前提高了40.58W。

2.2 双管传热能力的校核计算及改进方案：

考虑到双管散热器为两个单管散热器的并联，所以在计算以单管作为计算依据：

1．设Rcpu为从CPU表面传递到贴附其上的热管蒸发段内壁的导热阻，则有

Rcpu=δrg1 (4)

•λrgAzf(4)式中，δrg为热管蒸发段壁厚，λrg为热管材料的导热系数，Azf为蒸发段热管的内壁表面积。λrg=399W/(m•oC，

δrg=δsr=0.0006m，

Azf=0.00098688m2

0Rcpu=0.0015238CW

2．设Rrg为蒸发段的传热热阻，即Rrg=1 (5)

Azfhzf式中，hzf蒸发段内壁与工质之间的传热系数。

hzf=hln=5.8kW/(m2•oC)，

Azf=0.00098688m2

0Rrg=0.1747CW （约为总热阻的20%以上）

3．设Rbh为热管内饱和蒸汽传递热阻,由于是等温传热,故可忽略,即有Rbh≈0 (6)

4．设Rln为冷凝段的传热热阻,有Rln=1(7)

Alnhln式中,Aln为冷凝段热管的内壁表面积,hln 冷凝段内壁与工质的传热系数。

hzf=hln=5.8kW/(m2•oC)，

Aln=0.00206628m2

0Rln=0.08344CW

5．设Rsr为冷凝段内壁到散热片基板之间的导热热阻,即Rsr=δsr1(8)

•λsrAw式中，δsr为热管冷凝段的壁厚，λsr为热管冷凝段材料的导热系数，Aw为热管冷凝段的中径面积。

λrg=399W/(m•oC，

δrg=δsr=0.0006m，

Aln=0.00206628m2

0Rsr=0.000728CW

6．设Rf为从冷凝段散热片到冷却气体之间的传热热阻,即Rf=1(9)

Afhf式中,Af为散热片总表面积,hf为冷却气体与散热片之间的传热系数。

双管翅片热阻：

两管间距23mm

(C)

61

56

52

48

44

40

管壁换热量(W) 翅片换热量(W)翅片等温换热量(W)翅片效率

2.30244

1.98044

1.72816

1.46906

1.21616

0.95887

2.26778

1.95277

1.70033

1.44837

1.19605

0.94399

Rf=0.2785C02.77135

2.38644

2.07851

1.77058

1.46266

1.15473

W0.818294333

0.818277434

0.818052355

0.818020084

0.817722506

0.817498463

考虑到翅片侧的换热量为双根管的共同作用的结果，所以单根热管的热阻应为一倍，即Rf=0.557C0W

综上，可以写出总热阻R的计算表达式为

R=Rcpu+Rrg+Rbh+Rln+Rsr+Rf (10)

将式(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)代入式( 10)中 ,即得

R=δrg1δ1111•++0++sr•+ (11)

λrgAzfAzfhzfAlnhlnλsrAwAfhf单根管散热器总热阻：

0R=0.81739CW （约为总热阻的70%以上，较原有单热管热阻增加30%）

Q=双根管散热器总热阻：

0R=0.4087CΔT (12)

RW （等效总热阻较原有单热管热阻减少30%以上）

单根管散热器总传热能力：

Q=44.04W

双热管散热器的最终传热能力为：Q=88.08W

可见：在给定结构形式下，单管热管的换热热阻要优于双热管的换热热阻，但单热管换热器总换热热阻要差于双热管换热器的总换热热阻，因此，单管热管换热器的换热

能力要优于双热管换热器。

双管散热器的改进方案：

考虑到笔记本电脑CPU散热器的特点，采用增加蒸发段长度、增加冷凝段长度的措施是不可行的，所以只有改变翅间距的方案。将翅间距由原来的1.2mm减少到1mm，则翅片数量和面积均增加，翅片数量由原来的57片增至67片。故从冷凝段散热片到冷却气体之间的传热热阻Rf将减小，

--

(C)

61

56

52

48

44

40

两管间距23mm

(翅间距0.8mm)

管壁换热量(W) 翅片换热量(W) 翅片等温换热量(W)2.26015

2.24169

2.737666

1.945991

1.930481

2.357435

1.690723

1.68176

2.053247

1.444883

1.432398

1.749064

1.186528

1.183931

1.444879

0.940773

0.9345154

1.140694

Rf=0.23969C00

翅片效率

0.818832538

0.818890447

0.819073399

0.818951165

0.819398026

0.819251613

W0

考虑到翅片侧的换热量为双根管的共同作用的结果，所以单根热管的热阻应为一倍，即Rf=0.47938C0热阻R=0.73977CW，由原来的Rf=0.557CW减小到Rf=0.47938C0W，故总W，

改进后的单根管传热能力：Q=48.66W，较改进前提高了4.6W。

双热管散热器的最终传热能力为：Q=97.32W

2024年2月8日发(作者：朋杰)

笔记本电脑热管散热器总传热能力的分析

1 热管散热器的结构尺寸计算：

图1 CPU散热器基本结构示意图

图 1是为 笔记本电脑CPU芯片的热管散热器的结构示意图,散热片周围冷却气流温度为

Tf=25oC,冷却气流流量为V=20m3/h(假定),要求散热器稳定工作时,CPU表面接触温度Tcpu=61oC,热管工质为纯水,热管材质为纯铜,散热片材质为纯铜,吸液芯为槽道。

散热器的有关结构尺寸图表：

翅片的结构示意图：

6748511.5456532

1.20.2

热管的结构示意图:

0.6.2347.2

热管槽道微观结构：

0.220.0992.200.09

其它主要参数和计算结果：

单位：mm

铜热管的壁厚和导热系数：δrg=δsr=0.0006m,

λrg=399W/(m•oC),

， 热管内部蒸发段和冷凝段水的传热系数hzf=hln=5.8kW/(m2•oC)（假定）蒸发段长度为lzf=0.032m，

冷凝段长度为lzf=0.067m，

蒸发段内壁表面积：

根据槽道的微观结构图不难发现，增加了槽道后，使接触面积比没有槽道的光管增加了一倍。所以忽略微型槽道对蒸发与冷凝过程的影响，则换热能力按实际的接触面积计算。即内壁表面积为：

Azf=0.00098688m2，

冷凝段内壁表面积：

Aln=0.00206628m2

散热翅片的翅厚δ=0.0002m，散热翅片的翅间距厚s=0.0012m，翅片总数57片，散热片总表面积Af=0.072282m2。

2 热管散热器的传热模型和总传热系数图：

本计算中采用传热热阻来计算热管散热器的传热能力。

热管散热器总传热能力按描述对流传热的牛顿冷却公式可以写为

Q=αAΔT (1)

式中，Q为热管散热器的总传热量，α为散热器的总传热系数，A为散热器的基准散热面积，ΔT为 CPU表面温度Tcpu与散热片周围冷却气流温度Ta的差，即

ΔT=Tcpu−Tf (2)

(1)式中，A和ΔT一般是指定的和已知的，因此要求得散热器的总传热能力Q，就只须求出总传热系数α，为此，将(1)式改写为

1α=AΔT=AR (3)

Q(3)式中，R是当基准面积A为单位面积时，散热器的总热阻，按传热学理论，它也是各串联传环节中的热阻之和。

Q→Rcpu—Rrg—Rbh—Rln—Rsr—Rf→ Q

图 2 热管散热器的传热模型

图2给出了热管散热器以热阻方式给出的传热模型。各个传热环节的热阻则可根据其传热方式为导热或者对流而分别运用傅立叶导热定律或者牛顿对流冷却公式推出，结果如下：

2．1 单管传热能力的校核计算及改进方案：

1. 设Rcpu为从CPU表面传递到贴附其上的热管蒸发段内壁的导热阻，则有Rcpuδrg1 (4)

=•λrgAzf(4)式中，δrg为热管蒸发段壁厚，λrg为热管材料的导热系数，Azf为蒸发段热管的内壁表面积。

λrg=399W/(m•oC，

δrg=δsr=0.0006m，

Azf=0.00098688m2

0Rcpu=0.0015238CW

2. 设Rrg为蒸发段的传热热阻，即Rrg=1 (5)

Azfhzf式中，hzf蒸发段内壁与工质之间的传热系数。

hzf=hln=5.8kW/(m2•oC)，

Azf=0.00098688m2

0Rrg=0.1747CW （约为总热阻的30%左右）

3. 设Rbh为热管内饱和蒸汽传递热阻,由于是等温传热,故可忽略,即有Rbh≈0 (6)

4. 设Rln为冷凝段的传热热阻,有Rln=1(7)

Alnhln式中,Aln为冷凝段热管的内壁表面积,hln 冷凝段内壁与工质的传热系数。

hzf=hln=5.8kW/(m2•oC)，

Aln=0.00206628m2

0Rln=0.08344CW

5. 设Rsr为冷凝段内壁到散热片基板之间的导热热阻,即Rsr=δsr1(8)

•λsrAw式中，δsr为热管冷凝段的壁厚，λsr为热管冷凝段材料的导热系数，Aw为热管冷凝段的中径面积。

λrg=399W/(m•oC，

δrg=δsr=0.0006m，

Aln=0.00206628m2

0Rsr=0.000728CW

1(9)

Afhf6. 设Rf为从冷凝段散热片到冷却气体之间的传热热阻,即Rf=式中,Af为散热片总表面积,hf为冷却气体与散热片之间的传热系数。

单管翅片热阻：

C

61

56

52

48

44

40

单管换热量(W) 翅片换热量(W) 等温翅片换热量(W)翅片效率

1.69611

1.45879

1.26868

1.08211

0.89182

0.70183

1.702

1.46658

1.27826

1.08919

0.90117

0.71307

02.85098

2.45501

2.13823

1.82146

1.50469

1.18791

0.596987702

0.597382495

0.597812209

0.597976349

0.598907416

0.600272748

Rf=0.37237CW （约为总热阻的50%以上）

综上，可以写出总热阻R的计算表达式为

R=Rcpu+Rrg+Rbh+Rln+Rsr+Rf (10)

将式(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)代入式( 10)中 ,即得

δrg1δ1111R=•++0++sr•+ (11)

λrgAzfAzfhzfAlnhlnλsrAwAfhf单管散热器总热阻：

0R=0.6327618CW

Q=单管散热其总传热能力：

ΔT (12)

RQ=56.89W

热管内壁的工作温度为46.22oC，热管内工质的工作温度50.97oC。

单管改进方案：

1、增加蒸发段长度:

蒸发段长度增加一倍，蒸发面积增加了一倍，即：Azf=0.00098688m2，所以从CPU表面传递到贴附其上的热管蒸发段内壁的导热阻Rcpu和蒸发段的传热热阻Rrg均减小一半，Rcpu=0.0007619C0W和Rrg=0.0879C0W。故总热阻R=0.5440999C0W

改进后的单管散热器总传热能力：Q=66.16W，较改进前提高了9.3W。

2、增加冷凝段长度：

冷凝段长度增加一倍，冷凝面积增加了一倍，即：Aln=0.00413256m2，所以冷凝段内壁到散热片基板之间的导热热阻Rsr和冷凝段的传热热阻Rln均减小一半，0Rsr=0.000364CW0和Rln=0.04172CW。由于其它参数不变，这意味着在翅片侧将沿用双热管的结构形式，假如利用双热管的形式，则从冷凝段散热片到冷却气体之间的传热热阻将由原来的Rf=0.37237C0W减小到Rf=0.2785C0W，

两管间距23mm

(C)

61

56

52

48

44

40

管壁换热量(W) 翅片换热量(W)翅片等温换热量(W)翅片效率

2.30244

1.98044

1.72816

1.46906

1.21616

0.95887

2.26778

1.95277

1.70033

1.44837

1.19605

0.94399

Rf=0.2785C02.77135

2.38644

2.07851

1.77058

1.46266

1.15473

W0.818294333

0.818277434

0.818052355

0.818020084

0.817722506

0.817498463

0故总热阻R=0.4968078CW

改进后的单管散热器总传热能力：Q=72.46W，较改进前提高了15.57W。

3、改变翅片间距：

将翅间距由原来的1.2mm减少到1mm，则翅片数量和面积均增加，翅片数量由原来的57片增至67片。故从冷凝段散热片到冷却气体之间的传热热阻Rf将减小，由原来

的Rf=0.37237C0W减小到Rf=0.32302C0W0，故总热阻R=0.5834118CW，改进后的单管散热器总传热能力：Q=61.71W，较改进前提高了4.8W。

C

61

56

52

48

44

40

单管换热量(W)

1.675699

1.44276

1.255555

1.072786

0.8863205

0.6996543

翅片换热量(W) 等温翅片换热量(W)1.663383

2.795715

1.432067

2.407425

1.246932

2.096786

1.061479

1.786152

0.8766372

1.475518

0.6917582

1.164883

翅片效率

0.594975883

0.594854253

0.594687298

0.594282569

0.594121658

0.593843502

4、上述方案均实施：

a、 蒸发段长度增加一倍，蒸发面积增加了一倍，即：Azf=0.00098688m2，所以从CPU表面传递到贴附其上的热管蒸发段内壁的导热阻Rcpu和蒸发段的0传热热阻Rrg均减小一半，Rcpu=0.0007619CW0和Rrg=0.0879CW。

b、 冷凝段长度增加一倍，冷凝面积增加了一倍，即：Aln=0.00413256m2，所以冷凝段内壁到散热片基板之间的导热热阻Rsr和冷凝段的传热热阻Rln均0减小一半，Rsr=0.000364CW0和Rln=0.04172CW。

c、 将翅间距由原来的1.2mm减少到1mm，则翅片数量和面积均增加，翅片数量由原来的57片增至67片。另在翅片侧沿用双热管的结构形式，故从冷凝段散热片到冷却气体之间的传热热阻Rf将减小，由原来的Rf=0.37237C0W减小到Rf=0.23969C0W。

翅片效率

0.818832538

0.818890447

0.819073399

0.818951165

0.819398026

0.819251613

0--

(C)

61

56

52

48

44

40

两管间距23mm

(翅间距0.8mm)

管壁换热量(W) 翅片换热量(W) 翅片等温换热量(W)

2.26015

2.24169

2.737666

1.945991

1.930481

2.357435

1.690723

1.68176

2.053247

1.444883

1.432398

1.749064

1.186528

1.183931

1.444879

0.940773

0.9345154

1.140694

0故，改进后的总传热热阻将由改进前的R=0.6327618CW减小到R=0.3693359CW，改进后的单管散热器总传热能力：Q=97.47W，较改进前提高了40.58W。

2.2 双管传热能力的校核计算及改进方案：

考虑到双管散热器为两个单管散热器的并联，所以在计算以单管作为计算依据：

1．设Rcpu为从CPU表面传递到贴附其上的热管蒸发段内壁的导热阻，则有

Rcpu=δrg1 (4)

•λrgAzf(4)式中，δrg为热管蒸发段壁厚，λrg为热管材料的导热系数，Azf为蒸发段热管的内壁表面积。λrg=399W/(m•oC，

δrg=δsr=0.0006m，

Azf=0.00098688m2

0Rcpu=0.0015238CW

2．设Rrg为蒸发段的传热热阻，即Rrg=1 (5)

Azfhzf式中，hzf蒸发段内壁与工质之间的传热系数。

hzf=hln=5.8kW/(m2•oC)，

Azf=0.00098688m2

0Rrg=0.1747CW （约为总热阻的20%以上）

3．设Rbh为热管内饱和蒸汽传递热阻,由于是等温传热,故可忽略,即有Rbh≈0 (6)

4．设Rln为冷凝段的传热热阻,有Rln=1(7)

Alnhln式中,Aln为冷凝段热管的内壁表面积,hln 冷凝段内壁与工质的传热系数。

hzf=hln=5.8kW/(m2•oC)，

Aln=0.00206628m2

0Rln=0.08344CW

5．设Rsr为冷凝段内壁到散热片基板之间的导热热阻,即Rsr=δsr1(8)

•λsrAw式中，δsr为热管冷凝段的壁厚，λsr为热管冷凝段材料的导热系数，Aw为热管冷凝段的中径面积。

λrg=399W/(m•oC，

δrg=δsr=0.0006m，

Aln=0.00206628m2

0Rsr=0.000728CW

6．设Rf为从冷凝段散热片到冷却气体之间的传热热阻,即Rf=1(9)

Afhf式中,Af为散热片总表面积,hf为冷却气体与散热片之间的传热系数。

双管翅片热阻：

两管间距23mm

(C)

61

56

52

48

44

40

管壁换热量(W) 翅片换热量(W)翅片等温换热量(W)翅片效率

2.30244

1.98044

1.72816

1.46906

1.21616

0.95887

2.26778

1.95277

1.70033

1.44837

1.19605

0.94399

Rf=0.2785C02.77135

2.38644

2.07851

1.77058

1.46266

1.15473

W0.818294333

0.818277434

0.818052355

0.818020084

0.817722506

0.817498463

考虑到翅片侧的换热量为双根管的共同作用的结果，所以单根热管的热阻应为一倍，即Rf=0.557C0W

综上，可以写出总热阻R的计算表达式为

R=Rcpu+Rrg+Rbh+Rln+Rsr+Rf (10)

将式(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)代入式( 10)中 ,即得

R=δrg1δ1111•++0++sr•+ (11)

λrgAzfAzfhzfAlnhlnλsrAwAfhf单根管散热器总热阻：

0R=0.81739CW （约为总热阻的70%以上，较原有单热管热阻增加30%）

Q=双根管散热器总热阻：

0R=0.4087CΔT (12)

RW （等效总热阻较原有单热管热阻减少30%以上）

单根管散热器总传热能力：

Q=44.04W

双热管散热器的最终传热能力为：Q=88.08W

可见：在给定结构形式下，单管热管的换热热阻要优于双热管的换热热阻，但单热管换热器总换热热阻要差于双热管换热器的总换热热阻，因此，单管热管换热器的换热

能力要优于双热管换热器。

双管散热器的改进方案：

考虑到笔记本电脑CPU散热器的特点，采用增加蒸发段长度、增加冷凝段长度的措施是不可行的，所以只有改变翅间距的方案。将翅间距由原来的1.2mm减少到1mm，则翅片数量和面积均增加，翅片数量由原来的57片增至67片。故从冷凝段散热片到冷却气体之间的传热热阻Rf将减小，

--

(C)

61

56

52

48

44

40

两管间距23mm

(翅间距0.8mm)

管壁换热量(W) 翅片换热量(W) 翅片等温换热量(W)2.26015

2.24169

2.737666

1.945991

1.930481

2.357435

1.690723

1.68176

2.053247

1.444883

1.432398

1.749064

1.186528

1.183931

1.444879

0.940773

0.9345154

1.140694

Rf=0.23969C00

翅片效率

0.818832538

0.818890447

0.819073399

0.818951165

0.819398026

0.819251613

W0

考虑到翅片侧的换热量为双根管的共同作用的结果，所以单根热管的热阻应为一倍，即Rf=0.47938C0热阻R=0.73977CW，由原来的Rf=0.557CW减小到Rf=0.47938C0W，故总W，

改进后的单根管传热能力：Q=48.66W，较改进前提高了4.6W。

双热管散热器的最终传热能力为：Q=97.32W