CPU热管散热器的实验研究与数值模拟

发布时间：2020-11-19 05:58

　　 随着电子技术的迅猛发展,芯片的集成度、封装密度以及其工作时钟频率的不断提高,单个芯片的所需功率加大。而设备紧凑化结构的设计要求又使得散热更加困难,因而迫切需要采用高效散热技术来解决此问题,这也是国内外该领域众所关心的一个重要课题之一。本论文以日本某公司最新冷却技术为依托,针对计算机芯片的冷却散热展开了一系列的实验研究。对三种不同形式的散热器(铝质散热器、热管散热器、平板热管散热器)进行了实验研究和数值模拟,并对散热器底面进行了传热效果优化分析,通过提高散热器底面的热扩散能力改善散热效率,提高冷却能力。 本文根据芯片散热的实际应用背景,确定了CPU冷却方案,建立了计算机CPU模拟热源的物理模型。并根据设计方案搭建了“高热流密度器件散热性能研究实验台”,对几种类型的电子器件散热器进行了不同加热功率和风速条件下的散热性能测试,获得了不同工况下电子器件散热器的性能参数。根据实验数据,对其中三种散热器的散热冷却特性进行了比较分析。包括CPU模拟热源变化、散热器扩散热阻、散热热阻、当量导热系数以及风压受风量条件变化的影响。同时根据实验结果拟合出U型热管散热器和平板型热管散热器的当量导热系数及风压的求解解析式。 在实验研究的基础上,通过应用FLUNENT、ICEPAK等计算软件依据实际散热器为物理模型,进行数学建模,确定边界条件对不同风道流通状况和传热性能进行数值模拟计算分析,由此对散热器的散热特性进行定量化研究。为高热流密度电子器件在不同发热功率、不同换热环境等条件下,热管散热器的选择或冷却方案提供理论基础和数据依据。为了对数值模拟的结果进行实验验证,用热像仪获取散热器温度分布的红外图像进行了对比,证实计算结果与实验测试基本吻合,验证了数值模拟方法的可靠性。本文最后对热管散热器底面导热情况进行了优化分析。通过改变导热系数以及扩大模拟芯片尺寸等来进一步改善CPU冷却散热器的散热效果,得到了一些有价值的结论,这对高热流密度电子器件强化换热技术有一定的指导意义。
【学位单位】：天津商业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TP303.2
【部分图文】：

温度(℃)图1一2温度与能量的关系曲线[91从图1一2分析可以看出能耗与芯片温度有直接的联系。幻m等t’”」提出了在恒定温度下能量耗散变化情况的机理。同时还发现在较高芯片温度下，总能量中会有一半甚至更多的能量被当作热量耗散掉，可见泄漏的能量与温度呈指数关系递增，同时可见降低芯片温度对减小能量消耗的作用也非常明显。对比ultrasP从e64v[川(gonm，2一6oHz)和

热管剖面图

式中脚一僵“肋”“料和流”“性函”。(2一12d)由图2一3得知，其边界条件为:二0，t二to=l，dt/dx二0XXlr.亡、se、按照边界条件所得的肋片温度分布情况为:t一今to一今ch[m(l一x)〕eh(ml)(2一13)
【引证文献】

相关期刊论文 前6条

1 陆佩强;诸凯;刘建林;杨爱;田金颖;;用于电子器件冷却的热管散热器实验研究与优化数值模拟[J];低温工程;2010年03期

2 诸凯;李媛媛;陆佩强;;用于高热流密度器件冷却的热管散热器实验研究[J];低温与超导;2011年01期

3 王业峰;白军;梁雪;;牵引变流器中IGBT的水冷实验研究[J];甘肃科技;2011年23期

4 张莹;诸凯;;翅片中带有热管的散热器数值模拟和实验研究[J];低温与超导;2013年02期

5 张莹;诸凯;梁雨迎;;用于大型服务器CPU冷却的散热器性能研究[J];流体机械;2012年12期

6 田金颖;牛建会;;新型热管电子器件散热器的实验研究和数值模拟[J];制冷;2010年02期

本文编号：2889797