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(fēng)冷方案已難以滿(mǎn)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(guò)流道優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合液冷板與熱管協(xié)同工作機(jī)制，實(shí)現(xiàn)通信電源溫升嚴(yán)格控制在5℃以?xún)?nèi)，并通過(guò)實(shí)際案例驗(yàn)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(shì)

液冷板通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流換熱實(shí)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(duì)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(guò)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(dá)銅的1000倍以上。兩者復(fù)合后，系統(tǒng)形成“局部熱點(diǎn)強(qiáng)化+全局熱量擴(kuò)散”的雙層散熱路徑：

液冷板：承擔(dān)基礎(chǔ)散熱任務(wù)，通過(guò)優(yōu)化流道設(shè)計(jì)提升換熱效率;

熱管：針對(duì)高功率器件(如CPU、IGBT)進(jìn)行精準(zhǔn)控溫，消除局部熱堆積。

某數(shù)據(jù)中心實(shí)測(cè)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(jì)直接影響液冷板的換熱效率與壓降特性。通過(guò)以下優(yōu)化策略，可實(shí)現(xiàn)溫升精準(zhǔn)控制：

1. 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)創(chuàng)新

傳統(tǒng)直通道流道存在溫度均勻性差的問(wèn)題，而仿生葉脈流道通過(guò)分支網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)流量均衡分配。例如，某通信電源液冷板采用分形樹(shù)狀流道設(shè)計(jì)后，流速均勻性提升40%，壓降降低22%。此外，針翅陣列流道通過(guò)增加表面積(單位體積換熱面積可達(dá)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(guò)多目標(biāo)優(yōu)化平衡性能與成本。以某650W芯片散熱項(xiàng)目為例：

參數(shù)敏感性分析：流道寬度對(duì)壓降影響權(quán)重達(dá)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(biāo)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)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(shí)，溫升從45.6℃降至40.17℃，泵功降低36.9%。

3. 材料與工藝升級(jí)

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(dá)1.5MPa;

3D打印技術(shù)：實(shí)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(shí)際應(yīng)用案例：儲(chǔ)能電池?zé)峁芾韮?yōu)化

某1MWh儲(chǔ)能電站原采用風(fēng)冷系統(tǒng)，電池包溫差達(dá)15℃，熱失控風(fēng)險(xiǎn)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?xún)?yōu)化冷凝效率;

流道優(yōu)化：液冷板采用雙腔體+兩進(jìn)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(cè)熱負(fù)荷，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)流量。

實(shí)測(cè)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(shí)間從8分鐘縮短至32秒，系統(tǒng)安全性顯著提升。

四、未來(lái)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(yùn)維：通過(guò)實(shí)時(shí)溫度場(chǎng)仿真預(yù)測(cè)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(jìn)一步降低溫升。

結(jié)語(yǔ)

“液冷板+熱管”復(fù)合散熱系統(tǒng)通過(guò)流道拓?fù)鋬?yōu)化、多參數(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)及智能控制策略，成功將通信電源溫升控制在5℃以?xún)?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(guò)能效提升助力數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。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(jìn)，為通信基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展提供核心支撐。