维普资讯 http://www.cqvip.com 第７卷第１０期２００７年５月 １６７１・１８１９（２００７）１０・２３４０－０４ 科学技术与工程 ⑥Ｖｏ１．７ Ｎｏ．１０ Ｍａｙ ２００７ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２００７ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ． 一般工业技术 一种电子散热用小型涡流管性能的试验研究 张小卫姚寿广 马哲树 （江苏科技大学机械与动力工程学院，镇江２１２００３） 摘要提出了一种应用于小功率电子散热的小型涡流管，设计建立了涡流管性能试验装置系统。针对进气压力Ｐ。、冷气流 率 对其冷却性能的影响进行了试验研究。试验结果表明，在Ｐ。＝０．３—０．６ ＭＰａ， ＝０．２７—０．７２范围内，涡流管的制冷效应 及制冷量随Ｐ。的增大而增大，而制冷效率随Ｐ。的增大而减小；制冷效应、制冷量和制冷效率都随 的变化而变化，且在 为０ —１的范围内都有极大值。 关键词涡流管冷效应 冷气流率 中图法分类号ＴＢ６５１； 文献标志码Ｂ 随着电子技术近年来的迅速发展，电子元器件 的有效散热显得十分重要。研究开发结构紧凑、性 能可靠、安装灵活方便、散热效率高、维护简便的电 子元器件散热装置具有很重要的意义，而涡流管由 在有较大冷却能力输出的涡流管及其特性研究 上 ｊ，而针对小功率电子散热的小制冷量涡流管的 研究未见有文献报道。 为考察所提出的电子散热用小型涡流管致冷 于无运动部件、基本无须维护，具有结构简单、性能 （冷却）的一般特性，本文通过设计建立的涡流管性 能试验系统，主要考察了涡流管进气压力Ｐ 和冷气 稳定、启动速度快、即开即用等优点，使涡流管技术 在电子散热方面有着广阔的应用前景 Ｊ。从原理 上看，涡流管冷却技术是利用涡流效应将高压气体 分离成冷、热两股气流，并利用分离出的冷气流来冷 流率 对小型涡流管冷却性能的影响，为电子散热 用小型涡流管的应用提供一些改进设计依据。 却电子元器件及设备的新技术。但迄今为止，涡流 管的能量分离机理尚未得到统一的解释，热力计算 分析方法还很不完善，其效率还很低。国内外对涡 流管的研究开发仍在不断深入进行，同时也取得了 一１涡流管结构设计与性能试验系统 １．１涡流管结构设计 为解决某电子元件的散热而设计的小型涡流管 的相关结构参数如下：冷端孔板直径３ ｍｍ，涡流室 些进展，如Ｋｒａｓｏｖｉｔｓｋｉ和Ｔｕｎｋｅｌ 制造出了一种 叫做涡旋热交换器的模型机，试图将涡流效应应用 于热交换器上；刘存祥和胡荣生 利用涡流管的 及热端管直径６ ｍｍ，喷嘴为单槽方型渐缩喷管，其 喉部边长１．３ ｍｍ ｘ １．３ ｍｍ，热端管长６０ ｍｍ，其设 “兰克效应”和工厂内备有的压缩空气，提出了一种 对在特殊情况下工作的刀具刀头进行冷却的新途 计冷却功率为３０ ｗ。涡流管的相关结构示意图如 图１所示。 径；胡洪涛等 从环保的角度出发，通过与蒸汽压 缩制冷循环的比较，提出了一种新型涡流管制冷装 置系统；彭铁成等 提出了一种应用于湿式除尘的涡 流管，并对其进行了试验研究。以上的研究多集中 ２００７年１月８日收到 第一作者简介：张小卫，男，汉族，河南平顶山人，江苏科技大学研 究生。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｗｚｈａ＠１６３．ｃｏｒｎ。 图１ 涡流管结构示意图 维普资讯 http://www.cqvip.com １０期 张小卫，等：一种电子散热用小型涡流管性能的试验研究 １．２涡流管性能试验系统 涡流管性能试验装置系统如图２所示。为了使 进入涡流管的空气保持洁净，由空气压缩机１压缩 气压力下，通过调节热端阀开度来改变涡流管的冷 气流率 ，当工况稳定后，测量涡流管进口气体温度 、冷气流出口温度 和流量 、热气流出口温度 出来的高压空气先经过干燥过滤器２以去除空气中 的水蒸气和其他杂质，再通过恒温水槽３以减少涡 流管进口压缩空气的温度波动，保持温度恒定，然后 经调压阀４进入涡流管８内进行能量分离，得到了 冷热两股气流。流量调节阀５用来维持系统气流的 稳定。金属浮子流量计８、１３分别用来测量涡流管 热端出气流量和冷端出气流量。热端阀１０用来调 节冷气流率 。试验中在涡流管进口处、冷端出口 以及热端出口处分别布置合适的测点，采用０．４级 高精度压力表测量测点压力，采用标定过的镍铬一 镍硅热电偶测量测点温度。 图２涡流管性能试验装置系统原理图 ｌ一空气压缩机，２一干燥过滤器，３一恒温水槽，４一调压阀， ５一流量调节阀，６、ｌ４一压力表，７、９、ｌ２一热电偶，８、ｌ３一流量 计，ｌ０—热端阀，１ｌ～涡流管 试验采用指标 △ 、Ｑ。、ｃｏＰ来表征涡流管 的性能，各项指标定义如下： 冷气流率 指冷气流体积流量与总气流体积流 量之比：ｉｘ＝Ｍ ／（ ＋ ） （１） 制冷效应△ 指入口气流与冷气流温度之差： △ ＝Ｔｏ— （℃） （２） 制冷量ｐ０表征涡流管的冷却能力： Ｑ。＝Ｃ Ｍｄａ （ ～ ）（ｗ） （３） 制冷效率ＣＯＰ指实际制冷量与同样压差下可 逆等温压缩过程所消耗功的比值： ＣＯＰ＝ＡＬ／｛Ｔｏ［１一（Ｐ ｏ）（ｋ－１）／ｋ］） （４） （４）式中Ｐ，为冷气流出口绝对压力，ｋ为气体 的绝热指数。 本试验选定进气压力分别为Ｐ。＝０．３、０．４、 ０．４５、０．５、０．５５、０．６ ＭＰａ。试验时在某一稳定的进 和流量 。根据试验数据计算得到了每一工况 下的制冷效应△ 、制冷量Ｑ。和制冷效率ｃｏＰ等。 由此就获得了该涡流管的一系列特性曲线。 ２试验结果及分析 图３是涡流管制冷效应△ 在不同进气压力下 随冷气流率的变化曲线。从图３可以看出，随着ｐ。 从ｏ．３ ＭＰａ增至０．６ ＭＰａ，制冷效应△ 在增大。 这是由于随着进口压力的增大，气流在喷嘴中膨胀 流出的速度增大，使得气流在涡流室内产生的涡旋 加剧，使能量分离的效果更好。在某一进气压力下 涡流管制冷效应随冷气流率 的变化而变化，且具 有最大值。随着进气压力的增大，制冷效应的最大 值向冷气流率 减小的方向移动，本试验用涡流管 的最大制冷效应△ 出现在冷气流率 为０．４～ ０．５，而文献［７］中所提到的最大制冷效应出现在 为０．２～０．４问，这可能是由于喷嘴型式和实验工况 不同而导致的。文献［７］所使用的涡流管喷嘴截面 是圆形，孔径大，试验时气流量大；而本试验用涡流 管喷嘴截面是方形，尺寸小，试验时气流量小。 —－＿０．３ＭＰａ 毫 褥 壤 佥 毒 冷气流率 图３制冷效应△ 随冷气流率 的变化曲线 图４是涡流管制冷量Ｑ。在不同进气压力下随 冷气流率的变化曲线。由图４可知，在 为０．２７～ ０．７２时，制冷量Ｑ。随着进气压力ｐ。的增大而增 维普资讯 http://www.cqvip.com ２３４２ 科学技术与工程 ７卷 大，当Ｐ。由０．３增至０．６ ＭＰａ时，Ｑ。最大值由３４ ｗ 增至３５．３ ｗ，这是由于随压力增加，制冷效应也增 大，致使冷端的制冷量增加。在某一进气压力下，制 冷量Ｑ。随冷气流率 的变化而变化，当Ｐ。＝ ０．３ ＭＰａ ４ｚ＝０．６５时，Ｑ 有极大值３４ ｗ，并且在冷 气流率 ＝０．７附近，在０．６ ＭＰａ压力下制冷量Ｑ。 的增幅已经减缓。由于当热端阀关闭（ ＝１）时，气 流全部从冷端管流出，没有能量分离现象产生，Ｑ。 ＝０，因此在０＜／ｘ＜１范围内，Ｑ 必有最大值。从图 ４可看到，在０．３ ＭＰａ＜Ｐｎ＜０．６ ＭＰａ、０．４５＜ ＜ ０．７，制冷量Ｑ。＞３０ Ｗ，已经满足了设计所需要的冷 却能力。从工程应用角度看，冷气流率 取０．６～ ０．７时，可以获得较好的冷却效果。 芝 删 受 器 冷气流率“ 图４制冷量Ｑ。随冷气流率 的变化曲线 图５是制冷效率ＣＯＰ在不同进气压力下随冷 气流率的变化曲线。从图５可以看出，与制冷量随 进气压力的变化不同，制冷效率ＣＯＰ随进气压力Ｐ。 的增加反而减小，当Ｐ 由０．３ ＭＰａ增至０．６ ＭＰａ 时，制冷效率由２９．２％减至２３．４％，这主要是由于 进口压力越大，膨胀比就越大，涡流管的压力损失也 越大，从而使制冷效率减小。制冷效率ＣＯＰ随冷气 流率 的变化而变化，存在极大值。最大制冷效率 ＣＯＰ出现在 为０．４～０．５时，并且制冷效率最大 值随着进气压力的增加向冷气流率减小的方向移 动。 ３结论 本文针对小功率的电子元件散热问题，提出了 ＭＰａ ５ ＭＰａ ＭＰａ Ｑ＿ ５ＭＰａ 褂 ＭＰａ 较 佥 器 冷气流率 图５制冷效率ＣＯＰ随冷气流率 的变化曲线 一种小型的涡流管，设计建立了试验系统，并对其在 Ｐ。为０．３～０．６ ＭＰａ， 为０．２７～０．７２时进行了试验 研究，得到了如下结论： （１）当进气压力增大时，涡流管的制冷效应及 单位制冷量都随之增大，而涡流管制冷效率ＣＯＰ随 之减小。 （２）当冷气流率肚改变时，涡流管制冷效应、单 位制冷量、制冷效率及制热效应也相应地发生变化， 且在 为０～１问都有极大值。 （３）设计提出的小型涡流管在Ｐ 为０．３～ ０．６ ＭＰａ， 为０．４５～０．７时，制冷量Ｑ。均超过了 设计值（３０ Ｗ），当 为０．６～０．７时，小型涡流管将 取得较佳的冷却效果。 参考文献 １ 曹 勇，吴剑峰，罗二仓，等．涡流管研究的进展与评述．低温工 程，２００１；１２４（６）：１－－５ ２ Ｋｒａｓｏｖｉｔｓｋｉ Ｂ，Ｔｕｎｋｅｌ Ｌ．Ｖｏｒｔｅｘ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ：ｄｅｓｉｇｎ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅ１．Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，２００１；８（１０）： ｌ５—２２ ３刘存祥，胡荣生．空气涡流制冷及在切削冷却中的应用．制造技术 与机床，１９９７；１０（１）：３０—３１ ４胡洪涛，黄钟岳，孙涛．空气制冷循环特性及一种新型涡流制冷 装置研究．节能，２００１：６（１２）：１３一ｌ５ ５彭铁成，刘宗瑜．涡流管式除尘装置的实验研究．工业炉，１９９８；２０ （３）：８一ｌ１ ６丁永钢，侯 予，熊联友．涡流管的应用．低温工程，２００４；１３７ （１）：５６—５９ ７ 张国刚．微型制冷器．北京：国防工业出版社，１９８４；１３９—１４８ （下转第２３５３页） 维普资讯 http://www.cqvip.com １０期 付沙：信息安全风险评估的研究 ２３５３ ４贾颖禾．管理趋势：信息安全风险评估．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｓｒａ．ｉｎｆｏｓｅｃ． 参１ 郭２闫考文献 ｏｒｇ．ｃｎｆｆｘｐｇ／ｆｘｐｇｌｎ／２００６１０／６４７９．ｈｔｍ１．２０ｏ６—１０ ５佚宁．高校信息安全评估的新策略．计算机教育，２００５；（５） 强，陈钟，段云所，等．信息安全评估标准、技术及其进展 ４７—１４９ 名．国外信息安全风险评估发展概要．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．７ａｎ．ｃｎｆ 名．信息安全评估标准的发展．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｓｒａ．ｉｎｆｏｓｅｃ．ｏｒｇ． ｈｔｍｌ／ｚｉｘｕｎｐｉｎｇｇｕｆ２００６／０８２５／２７７．ｈｔｍ１．２００６—＿８ ６佚ｃｎ／ｆｘｐ－ｇ／ｆｘｐｇｌｎ／２００６０４／９６３．ｈｔｍ１．２ｏｏ６—１４ 计算机工程，２００３；２９（６）：１＿２，８ ７ Ｍｅｒｉｔｔ Ｊ Ｗ．ＣＩＳＳＰＡ．Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｒｉｓｋ ＡｎＭｙｓｉｓ ３佚名．我国制定信息安全风险评估标准．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｚｉｉ．ｇｏｖ ｃｎ，２００６－－３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｒｉｓｋ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ＦＵ Ｓｈａ ， （Ｓｏｆｉｗ￣ｅ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８２，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ； Ｈｕｎａｎ Ｆｉｎａｎｃｅ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０２０５，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｃｒｉｔｅｒｉａ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈｅ ｉｍ— ｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ｅａｃｈ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ ｗｈｉｌｅ ｃａｒｒｉｅｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｗｉｔｈ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｒｉｓｋ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｉｆｏｒｎｍａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｒｉｓｋ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｑｕｅｓｔｉｏｎ ｉｓ ｅｌｂｒａａｔｅｄ，ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｉｒｓｋ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄｓ ａｒｅ ｉｎ— ｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｓｔｕｄｉｅｄ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｒｉｓｋ ｅｖａｕａｔｉｏｎ ａｓｓｅｔ ｔｈｒｅａｔ ｗｅａｋ ｐｏｉｎｔ （上接第２３４２页） Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ Ｍｉｎｉｔｙｐｅ Ｖｏｒｔｅｘ Ｔｕｂｅ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｃｏｏｌｉｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｗｅｉ，ＹＡＯ Ｓｈｏｕ—ｇｕａｎｇ，ＭＡ Ｚｈｅ－ｓｈｕ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｊｉｎｇ ａ２１２００３，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ａ ｍｉｎｉｔｙｐｅ ｖｏｒｔｅｘ ｔｕｂｅ ｔｏ ｌｉｔｔｌｅ ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｃｏｏｌｉｎｇ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄｅｖｉｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｖｏｒｔｅｘ ｔｕｂｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｏｌｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｉｎｌｅｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｐ０ ａｎｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｉｒ ｒａｔｉｏ ｉｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｉｔｓ ｃｏｏｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎ— ｄｅｒ Ｐ０＝０．３～０．６ ＭＰａ， ０．２７～０．７２ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ Ｐ０ｂｕｔ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ； ，ｔｈｅｙ ｃｈａｎｇｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｉｒ ｒａｔｉｏ，ａｎｄ ｅｘｉｓｔ ｍａｘｉｍｕｍ ｕｎｄｅｒ ０～１． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ ｖｏｒｔｅｘ ｔｕｂｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｃｏｏｌｉｎｇ ｇａｓ ｒａｔｉｏ
