三维微通道热虹吸沸腾换热基础研究
发布时间：2021-01-03 22:25
本文针对3D芯片散热痛点提出了利用芯片间形成的微通道而构成热虹吸热管结构冷却3D芯片的新技术并进行了一系列的基础实验研究其换热特性。以去离子水和R113为基础换热工质,镍铬合金加热面模拟3D芯片发热,重点研究了三维微通道三维尺寸,倾角,工质物性,加热面表面处理对热虹吸沸腾CHF和HTC的影响,并提出了两种强化微通道热虹吸沸腾换热的手段。所使用的的三维微通道长度包括30mm,60mm和100mm,厚度包括0.05mm和0.1mm,宽度包括4mm,2mm,1.33mm,1mm和0.8mm。根据纯工质的实验结果,对常规尺寸通道的热虹吸沸腾经验公式做出修正,使其适用于三维微通道的热虹吸沸腾,补充了微通道宽度对CHF的影响,公式与实验结果误差在30%以内。为了强化换热,向纯工质中加入2000ppm表面活性剂SDS形成湿润流体,从而降低工质的表面张力,增强湿润性,提升毛细力,降低加热面与液面间的表面能。随着通道宽度的增大,CHF强化率逐渐减小;相同宽度和厚度的微通道,长度越长,强化越弱;厚度越小,强化率越高;对湿润R113,CHF强化率为115%到164%;对湿润去离子水,CHF强化率为117%到...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型水冷系统示意图
图 1-2 热管原理简图Fig.1-2 Heat pipe principle diagramLe Berre[20]等研制出一种用于芯片冷却的微型热管，传热系数达 600W/m·K，它由 55 个平行的三角形微通道组成，并采用乙醇和甲醇作为工质冷却多晶硅加热板，蒸发端和冷凝端温差达到 4.7℃。McGlen 等[21]将环形微热管与强制对流冷却相结合，在环境温度为 55℃下实现了维持芯片工作温度低于 70℃，并将每个单元的散热量提升到 230W。(5)微通道冷却微通道冷却是由八十年代美国学者 Tuckerman 和 Pease[22]提出的一种新技术。微通道通常是在硅片上通过刻蚀或精确切割制成的横截面积仅有几十到上百微米的微槽道，再使用微泵等手段使换热工质在微通道中进行换热。相比于传统的材料，微通道换热具有极高的等效传热系数，尤其是相变微通道。微通道内的物理过程介于宏观物理学与微观物理学的过渡区域，因此其对换热的强化机理尚处于实验与理论探索阶段，也是一种新兴的芯片换热强化方式。Choondal 等[23]总结了近年来的微通道实验数据，认为当微通道的水力直径大于 50μm 时，工质的流动
a)树形微通道网络 b)盘形微通道网络a) Tree-type microchannel network b) Disk-type microchannel network图 1-3 两种微通道网络示意图Fig.1-3 Diagram of two microchannel networks1.1.3 以往 3D 芯片冷却相关研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]手机芯片的发展历程和前景[J]. 王子睿. 电子技术与软件工程. 2017(17)
[2]微流控器件中的多相流动[J]. 陈晓东,胡国庆. 力学学报. 2015(02)
[3]倾斜限制空间内池式沸腾流型特性研究[J]. 文青龙,陈军,赵华. 核动力工程. 2011(01)
[4]竖直狭缝通道内水沸腾换热的气泡动力学研究[J]. 郭雷,张树生,陈雅群,程林. 西安交通大学学报. 2010(11)
[5]竖直矩形窄流道内汽泡生长的实验研究[J]. 陈德奇,潘良明,袁德文,邓杰文,王小军. 核动力工程. 2008(05)
[6]计算机CPU芯片散热技术[J]. 刘一兵. 低温与超导. 2008(06)
[7]计算机芯片冷却技术的现状与发展[J]. 张德君,杨志刚,孙晓锋. 机械设计与制造. 2008(03)
[8]微通道冷凝研究的进展与展望[J]. 陈永平,肖春梅,施明恒,吴嘉峰. 化工学报. 2007(09)
[9]平板热管微槽道传热面上纳米流体沸腾换热特性[J]. 熊建国,刘振华. 中国电机工程学报. 2007(23)
[10]窄缝通道中液氮的沸腾传热研究 第一部分:窄缝通道尺寸对传热特性的影响[J]. 张鹏,尤国春,王如竹. 低温与超导. 2005(01)
硕士论文
[1]电子器件风冷散热系统的流动与传热性能研究[D]. 宋威.华中科技大学 2011
本文编号：2955590
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型水冷系统示意图
图 1-2 热管原理简图Fig.1-2 Heat pipe principle diagramLe Berre[20]等研制出一种用于芯片冷却的微型热管，传热系数达 600W/m·K，它由 55 个平行的三角形微通道组成，并采用乙醇和甲醇作为工质冷却多晶硅加热板，蒸发端和冷凝端温差达到 4.7℃。McGlen 等[21]将环形微热管与强制对流冷却相结合，在环境温度为 55℃下实现了维持芯片工作温度低于 70℃，并将每个单元的散热量提升到 230W。(5)微通道冷却微通道冷却是由八十年代美国学者 Tuckerman 和 Pease[22]提出的一种新技术。微通道通常是在硅片上通过刻蚀或精确切割制成的横截面积仅有几十到上百微米的微槽道，再使用微泵等手段使换热工质在微通道中进行换热。相比于传统的材料，微通道换热具有极高的等效传热系数，尤其是相变微通道。微通道内的物理过程介于宏观物理学与微观物理学的过渡区域，因此其对换热的强化机理尚处于实验与理论探索阶段，也是一种新兴的芯片换热强化方式。Choondal 等[23]总结了近年来的微通道实验数据，认为当微通道的水力直径大于 50μm 时，工质的流动
a)树形微通道网络 b)盘形微通道网络a) Tree-type microchannel network b) Disk-type microchannel network图 1-3 两种微通道网络示意图Fig.1-3 Diagram of two microchannel networks1.1.3 以往 3D 芯片冷却相关研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]手机芯片的发展历程和前景[J]. 王子睿. 电子技术与软件工程. 2017(17)
[2]微流控器件中的多相流动[J]. 陈晓东,胡国庆. 力学学报. 2015(02)
[3]倾斜限制空间内池式沸腾流型特性研究[J]. 文青龙,陈军,赵华. 核动力工程. 2011(01)
[4]竖直狭缝通道内水沸腾换热的气泡动力学研究[J]. 郭雷,张树生,陈雅群,程林. 西安交通大学学报. 2010(11)
[5]竖直矩形窄流道内汽泡生长的实验研究[J]. 陈德奇,潘良明,袁德文,邓杰文,王小军. 核动力工程. 2008(05)
[6]计算机CPU芯片散热技术[J]. 刘一兵. 低温与超导. 2008(06)
[7]计算机芯片冷却技术的现状与发展[J]. 张德君,杨志刚,孙晓锋. 机械设计与制造. 2008(03)
[8]微通道冷凝研究的进展与展望[J]. 陈永平,肖春梅,施明恒,吴嘉峰. 化工学报. 2007(09)
[9]平板热管微槽道传热面上纳米流体沸腾换热特性[J]. 熊建国,刘振华. 中国电机工程学报. 2007(23)
[10]窄缝通道中液氮的沸腾传热研究 第一部分:窄缝通道尺寸对传热特性的影响[J]. 张鹏,尤国春,王如竹. 低温与超导. 2005(01)
硕士论文
[1]电子器件风冷散热系统的流动与传热性能研究[D]. 宋威.华中科技大学 2011
本文编号：2955590
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2955590.html
