隨著電力設備的整合、複雜化、智慧化程度不斷提高，元件數量不斷增加，元件的功率密度也顯著提高。
當散熱器的熱流密度超過0.1W/㎡時，普通風冷已無法滿足散熱要求，大多數方案採用液冷散熱。與傳統的自冷和風冷相比，液冷具有承載能力強、密封防塵、使用靈活等優點，廣泛應用於電源產品的散熱。
液冷的工作原理是透過流經板內部加工的流道的冷卻劑將佈置在液冷板表面的高功率電子元件散發的熱量帶走，從而實現整個設備的散熱。液冷板作為液冷系統的核心部件，其散熱性能直接決定了冷卻系統的整體性能。
本文透過實驗對三種常見的液冷板流道進行了測試和分析，比較了翅片式液冷板、圓柱形液冷板和銅管嵌入式液冷板的散熱能力。
1.液冷板設計模型及相關參數
本文設計了三種類型的液冷板，分別是翅片式液冷板、圓柱形翅片式液冷板和嵌入式銅管液冷板。液冷冷板外型尺寸為300mm×227mm×22mm，材質為6063鋁合金。
根據工程經驗，帶翅片的翅片厚度一般為1.5~3mm。考慮到太薄加工困難，且真空釬焊需要一定的翅片厚度才能與後蓋板連接，故選擇翅片厚度為2mm。為避免流阻過大，淨翅片間距設定為3mm（一般以1：1的齒厚齒距視為翅片密度的極限）。
根據工程經驗，翅片高度一般為5~10mm。考慮到翅片越短，過流截面越小，流速越高，流阻越大，在合理的設計範圍內，翅片高度設定為8mm。
根據工程經驗，筒體直徑一般為3~5mm。考慮到通道寬度最窄處僅為20mm，為確保窄通道寬度方向有兩個氣缸，氣缸直徑設計為3mm。汽缸之間的最小淨距設定為3mm，立柱高度也設定為8mm。
嵌入式銅管液冷板採用外徑10mm、壁厚1mm的銅管嵌入液冷板內，然後壓扁固定。銅管與液冷板之間填充環氧樹脂膠，減少接觸熱阻。
翅片式和圓柱形液冷板結構尺寸
嵌入式銅管液冷板結構尺寸
翅片液冷板內部流道
圓柱形液冷板內部流道
液冷冷板基板厚度統一設計為10mm，可充分降低擴散熱阻，避免螺絲衝破水道。
液冷板的熱源分佈如下圖所示。液冷散熱板由5個產生熱量的模組組成，均勻排列在流道上。液冷板上方有兩個IGBT模組，每個模組的熱耗為600W；下面是三個二極體模組，每個模組的發熱量為200W，總發熱量為1800W。為了提高接觸熱阻，加熱模組與液冷板之間填充導熱矽脂。
測量系統
此試驗台的主要測量系統如下圖所示，包括流量測量、壓力測量、溫度測量。
測溫點佈置如圖所示。本次實驗共佈置8個測溫點。其中T1至T6佈置在液冷板上，另外兩點用於測量進出口流體溫度，分別佈置在進出口壓力表的三通閥上。之所以將測量水流入和流出的溫度點佈置在這裡，與液冷板分開，主要是為了避免受到液冷板上加熱系統的影響。
測試和數據分析
本次測試了三種液冷板，所得的測試數據如表1、表2、表3所示。
透過測試數據分析發現，在相同流量和入口溫度條件下，翅片式液冷板各測溫點溫度最低，其次是圓筒式液冷板、嵌入式銅管液冷板溫度最高。
圓柱形液冷板平均溫度比翅片液冷板平均溫度高2.5度，銅管嵌入式液冷板平均溫度比翅片式液冷板平均溫度高8.5度，銅管內嵌平均溫度比翅片式液冷板平均溫度高2.5度。
表1 翅片液冷板測試數據
表2 圓柱形液冷板測試數據
表3 嵌入式銅管液冷板測試數據
結論
本文透過實驗對三種常見的液冷板進行了測試，分別是翅片式液冷板、圓柱式液冷板和嵌入式銅管液冷板。
測試數據分析發現，在相同工況下，翅片液冷板的測試溫度最低，散熱效果最好；圓柱形液冷板次之，平均溫度比翅片式液冷板高2.5度；銅管式液冷板測試溫度最高，散熱效果最差，平均溫度比翅片式液冷板高8.5度。
埋管式液冷板雖然散熱效果較差，但其加工成本是這三類液冷板中最低的。在熱設計餘裕的前提下，採用銅管嵌入式液冷板可以降低成本。
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