【摘要】：在電子器件熱流密度急劇升高的背景下,散熱問題已經逐漸成為設備和系統(tǒng)設計的一個重要關注點。由于液冷系統(tǒng)具有較高的散熱能力、低溫度波動和結構緊湊,液冷系統(tǒng)已經成為取代空冷系統(tǒng)的一個非常有前途的冷卻解決方案。微型泵的可靠性至今仍是液冷系統(tǒng)尚未大規(guī)模取代空冷系統(tǒng)應用的一個瓶頸。本文參考生物醫(yī)藥領域人工心臟泵的高可靠性軸承設計方案,設計了符合液冷用水力懸浮軸承方案的微型水泵和接觸式陶瓷軸承方案,并通過實驗來驗證設計方案,最后集成應用于高可靠性液冷系統(tǒng)。首先介紹了微泵用水力懸浮軸承的結構和原理,設計了徑向水力動壓軸承和軸向止推軸承,并進行模擬計算,計算得到液膜動壓徑向軸承的最大壓力為121.24kPa,承載力為12.56N,軸向螺旋槽止推軸承的最大壓力為43.89kPa,承載力為2.53N。采用加大流量法和速度系數(shù)法設計完成了流量2.63L/min,揚程108kPa,轉速為20000rpm的微型離心泵的水力部件。對微泵水力部件進行了CFD仿真分析,葉輪葉頂間隙泄露、渦流損失和蝸殼隔舌處阻塞造成的回流擾動、垂直出口管造成的液流直接撞擊出口管壁的損失是微泵的主要水力損失,模擬得到微泵揚程134.5kPa,效率52.8%。加工了微泵的水力部件并組裝了微泵的樣機,測得微型泵在轉速為20000rpm下的流量揚程曲線,在流量2.60L/min時,揚程為109.2kPa,達到了設計要求。接觸式陶瓷軸承可靠性測試結果顯示,氧化鋁和氮化硅陶瓷材料耐磨損性能良好,氧化鋯軸承磨損嚴重,并不適用于水下高速電機工況。經過340天磨損后,3臺測試泵水力參數(shù)流量和揚程下降25%左右,說明氧化鋁和氮化硅在水中的耐磨損性能接近,可以滿足微泵大概1年的連續(xù)運行需求。搭建了微型泵作為冷板的液冷系統(tǒng),對微型泵蝸殼的結構進行了修改,使微型泵與熱源直接接觸,通過泵內部劇烈的湍流來加強換熱,整個系統(tǒng)結構更加緊湊。熱流量q為83.8 W/cm~2時,熱源溫度T_h為51.4°C,實驗和數(shù)值結果表明系統(tǒng)具有良好的散熱能力。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文1 緒 論，持續(xù)增長的熱耗散已經成為電子器件發(fā)展中的一個主要制約因素聯(lián)盟（iNEMI）在 2004 年的技術藍圖[1]中指出，到 2020 年高性能微散熱功率和熱流密度約達到 360W 和 190W/cm2，如圖 1-1 所示。而的存在，高性能處理器芯片的峰值熱流會更大，還要避免器件的溫這對電子器件的散熱提出了很高的挑戰(zhàn)。

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文/=AE kS e， 為母體參數(shù)；A 為常數(shù)；E 為激活能，它與材料有關；k 為對溫度。從公式可以看出，隨著溫度的升高，電子器件的失效率空軍 1989 年的報告顯示由于溫度造成的故障占電子器件總故障示。而且，，溫度升高會導致電子器件的泄漏功率增加，在高溫下功耗的 50%以上[10]。因此可靠的熱管理已經成為電子器件設計。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH133.3;TH38

【參考文獻】

相關期刊論文 前5條

1 孫德明,扶軍;部分流泵的加大流量設計[J];水泵技術;2005年03期

2 徐朝暉,吳玉林,陳乃祥,劉宇,張梁,吳玉珍;基于滑移網格與RNG湍流模型計算泵內的動靜干擾[J];工程熱物理學報;2005年01期

3 張春華,溫熙森,陳循;加速壽命試驗技術綜述[J];兵工學報;2004年04期

4 楊軍虎;低比轉數(shù)離心泵葉輪內的流動機理和葉輪設計[J];農業(yè)機械學報;2002年02期

5 朱祖超,黃敦回,賴存陽;小流量切線增壓泵設計[J];水泵技術;1996年01期

相關博士學位論文 前1條

1 段斌;水力懸浮微型泵的理論設計與系統(tǒng)研制[D];華中科技大學;2017年

本文編號：2696656