5G基站、數(shù)據(jù)中心等通信基礎(chǔ)設(shè)施中，電源模塊的散熱效率直接影響設(shè)備穩(wěn)定性與通信質(zhì)量。隨著單芯片功耗突破300W，傳統(tǒng)風冷方案已難以滿足散熱需求，液冷與熱管復(fù)合散熱技術(shù)憑借其高效熱管理能力成為關(guān)鍵解決方案。本文通過流道優(yōu)化設(shè)計，結(jié)合液冷板與熱管協(xié)同工作機制，實現(xiàn)通信電源溫升嚴格控制在5℃以內(nèi)，并通過實際案例驗證技術(shù)可行性。

一、復(fù)合散熱系統(tǒng)的技術(shù)原理與優(yōu)勢

液冷板通過強制對流換熱實現(xiàn)高效散熱，其核心公式為牛頓冷卻公式：

Q=h?A?ΔT其中，h為對流換熱系數(shù)，A為流道與工質(zhì)接觸面積，ΔT為基材壁面與工質(zhì)溫差。熱管則通過相變傳熱(蒸發(fā)-冷凝循環(huán))快速轉(zhuǎn)移熱量，其等效導(dǎo)熱系數(shù)可達銅的1000倍以上。兩者復(fù)合后，系統(tǒng)形成“局部熱點強化+全局熱量擴散”的雙層散熱路徑：

液冷板：承擔基礎(chǔ)散熱任務(wù)，通過優(yōu)化流道設(shè)計提升換熱效率;

熱管：針對高功率器件(如CPU、IGBT)進行精準控溫，消除局部熱堆積。

某數(shù)據(jù)中心實測數(shù)據(jù)顯示，采用復(fù)合散熱方案后，單芯片溫升從12℃降至4.5℃，系統(tǒng)整體能效提升30%。

二、流道優(yōu)化：提升液冷板性能的核心手段

流道設(shè)計直接影響液冷板的換熱效率與壓降特性。通過以下優(yōu)化策略，可實現(xiàn)溫升精準控制：

1. 拓撲結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

傳統(tǒng)直通道流道存在溫度均勻性差的問題，而仿生葉脈流道通過分支網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)流量均衡分配。例如，某通信電源液冷板采用分形樹狀流道設(shè)計后，流速均勻性提升40%，壓降降低22%。此外，針翅陣列流道通過增加表面積(單位體積換熱面積可達5000m2/m3)，使換熱系數(shù)提升3倍。

2. 多參數(shù)協(xié)同優(yōu)化

流道的關(guān)鍵參數(shù)包括寬度、深度、肋片間距等，需通過多目標優(yōu)化平衡性能與成本。以某650W芯片散熱項目為例：

參數(shù)敏感性分析：流道寬度對壓降影響權(quán)重達45%，熱管傾角影響冷凝效率權(quán)重30%;

響應(yīng)面模型構(gòu)建：建立以溫升(Tmax)、壓降(ΔP)、成本為目標的數(shù)學(xué)模型，通過NSGA-Ⅱ算法求解帕累托前沿;

優(yōu)化結(jié)果：流道寬度6mm、熱管傾角55°時，溫升從45.6℃降至40.17℃，泵功降低36.9%。

3. 材料與工藝升級

高導(dǎo)熱基材與精密制造工藝是流道優(yōu)化的基礎(chǔ)。例如：

銅粉燒結(jié)微孔層：在流道表面形成0.5mm厚微孔結(jié)構(gòu)，使接觸熱阻降低60%;

真空釬焊工藝：確保流道密封性，承受壓力達1.5MPa;

3D打印技術(shù)：實現(xiàn)復(fù)雜流道(如仿生結(jié)構(gòu))的一體化成型，減少裝配誤差。

三、實際應(yīng)用案例：儲能電池熱管理優(yōu)化

某1MWh儲能電站原采用風冷系統(tǒng)，電池包溫差達15℃，熱失控風險高。改造后采用“液冷板+熱管”復(fù)合方案：

熱管部署：每顆電芯側(cè)壁安裝Φ8mm銅-水熱管，傾角60°以優(yōu)化冷凝效率;

流道優(yōu)化：液冷板采用雙腔體+兩進兩出布局，流量分配誤差從22%降至5%;

智能控制：基于LSTM算法預(yù)測熱負荷，動態(tài)調(diào)節(jié)流量。

實測數(shù)據(jù)顯示，改造后電池包最高溫度從52.3℃降至43.1℃，最大溫差從15.2℃降至2.3℃，熱失控響應(yīng)時間從8分鐘縮短至32秒，系統(tǒng)安全性顯著提升。

四、未來技術(shù)方向

智能材料應(yīng)用：形狀記憶合金熱管可自適應(yīng)變形，根據(jù)溫度調(diào)節(jié)接觸面積;

數(shù)字孿生運維：通過實時溫度場仿真預(yù)測故障，提前干預(yù)散熱異常;

相變微膠囊流體：在工質(zhì)中添加微膠囊相變材料，潛熱吸收能力提升3倍，進一步降低溫升。

結(jié)語

“液冷板+熱管”復(fù)合散熱系統(tǒng)通過流道拓撲優(yōu)化、多參數(shù)協(xié)同設(shè)計及智能控制策略，成功將通信電源溫升控制在5℃以內(nèi)。該方案不僅解決了高功率密度設(shè)備的散熱瓶頸，還通過能效提升助力數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)“雙碳”目標。隨著增材制造與AI優(yōu)化技術(shù)的普及，復(fù)合散熱系統(tǒng)將向更高集成度、更低能耗的方向演進，為通信基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展提供核心支撐。