高温环境模拟试验箱测试液冷散热器实验

一、试验目的

二、试验材料

1. 液冷散热器样本：选取不同型号、结构和材质的液冷散热器若干，确保样本涵盖了市场上常见的液冷散热器类型，每种型号准备至少 3 个样本。

2. 高温环境模拟试验箱：能够精确控制温度范围（30℃ - 150℃，精度：±1℃），并且内部空间足够容纳液冷散热器样本及其相关测试设备，同时具备良好的温度均匀性和稳定性。

3. 测试系统：

• 热源模拟装置：可以模拟不同功率（如 100W - 1000W）的发热源，模拟液冷散热器在实际应用中需要冷却的发热部件，如 CPU、电池模组等。

• 温度测量设备：包括多个高精度温度传感器（精度：±0.1℃），用于测量散热器进出水口冷却液温度、散热器表面温度以及模拟热源温度。

• 流量测量仪：能够准确测量冷却液在散热器内的流量（范围：0 - 10L/min，精度：±0.01L/min）。

• 压力传感器：测量冷却液在散热器进出口处的压力（范围：0 - 1MPa，精度：±0.001MPa）。

• 冷却液分析设备：分析冷却液在高温环境下的物理和化学性质变化，如密度、酸碱度、成分变化等。

三、试验设计

1. 高温环境温度设置

• 设置 5 个温度水平，分别为 60℃、80℃、100℃、120℃、150℃。

2. 热源功率设置

• 设置 4 种不同的热源功率，分别为 200W、400W、600W、800W。

3. 冷却液流量设置

• 设置 3 种不同的冷却液流量，分别为 2L/min、5L/min、8L/min。

4. 试验分组

• 将每种型号的液冷散热器分为 60 组（5 个温度水平 ×4 种热源功率 ×3 种冷却液流量），每组样本进行一次完整的试验。

四、试验步骤

1. 样本预处理

• 对液冷散热器样本进行编号，记录其型号、规格、生产批次等信息。

• 在试验前，检查液冷散热器的外观，确保无明显缺陷。使用清水冲洗散热器内部通道，排除杂质，然后注入适量的冷却液，连接好测试系统，确保冷却液回路无泄漏。

2. 高温环境模拟试验

• 将安装好的液冷散热器样本及测试系统整体放置在高温环境模拟试验箱内，调整好位置，确保温度传感器、流量测量仪、压力传感器等正常工作且不受外界干扰。

• 根据试验设计，依次设置高温环境模拟试验箱的温度、热源模拟装置的功率以及冷却液流量参数。启动试验箱和热源模拟装置，开始试验。在试验过程中，持续监测并记录各个参数的变化情况，确保试验条件的稳定。试验持续时间根据散热器达到热平衡状态的时间确定，一般每个工况下运行 30 - 60 分钟，直至温度、流量和压力等参数稳定。

3. 性能检测

• 散热性能检测：通过温度传感器测量散热器进出水口冷却液温度差和模拟热源温度变化，计算散热器的散热效率。散热效率计算公式为：热冷热（其中热为模拟热源温度，冷为散热器出水口冷却液温度）。

• 流量特性检测：使用流量测量仪实时测量冷却液在散热器内的流量，并观察流量是否稳定。记录在不同试验条件下的流量值，分析流量与温度、功率之间的关系。

• 压力变化检测：通过压力传感器测量冷却液在散热器进出口处的压力变化，计算压力降。压力降过大可能表明散热器内部通道存在堵塞或冷却液流动阻力过大等问题。

• 冷却液性质分析：在试验前后，使用冷却液分析设备对冷却液进行分析，比较其密度、酸碱度、成分等物理和化学性质的变化，评估冷却液在高温环境下的稳定性。

• 散热器结构可靠性检查：在试验结束后，检查散热器外观是否有变形、泄漏、腐蚀等情况，通过内窥镜等设备检查散热器内部通道是否有堵塞、破裂等问题。

• 在试验过程中及达到热平衡后，进行以下检测：

4. 数据记录与整理

• 在整个试验过程中，实时记录各个检测参数的数据，包括温度、流量、压力、冷却液性质变化、散热器外观和内部结构状况等信息，建立详细的数据记录表。

• 对数据进行整理和分析，绘制不同型号液冷散热器在各种高温环境、热源功率和冷却液流量条件下散热效率、压力降随时间变化的曲线，以及冷却液性质变化图表和散热器故障情况统计，直观展示液冷散热器的性能变化趋势和规律。

五、试验结果评估

1. 性能评估

• 根据检测数据和绘制的图表，分析液冷散热器在不同高温条件下的散热性能、流量特性、压力变化和冷却液稳定性。例如，观察到某些散热器在高温高功率工况下散热效率下降明显、压力降过大，或者冷却液出现变质现象，这些情况表明散热器在该条件下可能存在性能问题。

2. 确定高温适应性和优化方向

• 通过对比不同试验组的结果，确定每种液冷散热器在高温环境下的适应性范围，即能够正常工作的高温度、功率和流量条件。根据试验结果提出散热器结构、材料或冷却液选择等方面的优化建议，为液冷散热器在高温环境下的设计、改进和应用提供依据，以提高其在高温工况下的可靠性和散热效果。

3. 试验报告编写

• 总结整个试验过程，包括试验目的、材料、方法、结果和结论等内容。以清晰、详细的方式呈现试验结果，为液冷散热器的研发、生产和使用提供有价值的参考，确保其在高温环境下能够满足散热需求。

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