【摘要】：隨著大數(shù)據(jù)和5G時代的到來,芯片計算負(fù)荷不斷提高,同時芯片元件逐漸朝著小型化的方向發(fā)展,芯片的散熱問題已經(jīng)成為信息技術(shù)發(fā)展的桎梏,如何高效快速的排出芯片產(chǎn)生的熱量已成為亟待解決的問題。由于風(fēng)冷散熱方式存在散熱極限,重要的是在消耗大量電能的同時無法獲得同等的冷卻效果,已經(jīng)無法滿足當(dāng)今的數(shù)據(jù)中心的散熱需求,相應(yīng)的水冷散熱因為高效快速的冷卻效果逐漸被人們所提倡。與風(fēng)冷散熱不同,水冷散熱不僅要關(guān)注散熱性能,還要考慮其內(nèi)部的流動損失,在研究過程中不能單方面的對散熱性能進(jìn)行分析。本文采用溝槽式散熱器作為研究對象,散熱器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化是研究的一個重點,結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的為在保持水冷溝槽式散熱器高換熱效果的同時,降低槽道內(nèi)流體的流動損失。在關(guān)于如何優(yōu)化水冷溝槽式散熱器以往的研究中,往往只關(guān)注一種結(jié)構(gòu)(例如槽道寬度)對散熱器性能的影響,而并未分析多種參數(shù)對散熱器性能耦合影響,無法獲得最佳的結(jié)構(gòu)尺寸組合。此外,散熱器頂蓋一般采用非可視化材料,內(nèi)部流動狀態(tài)不可知,是否存在流動障礙無法知曉,氣泡對散熱器性能的影響一直是研究的空白點�；谝陨喜蛔�,本文的研究內(nèi)容如下:以總熵增為目標(biāo)參數(shù),采用正交實驗法對散熱器的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行選擇,研究多種結(jié)構(gòu)參數(shù)對水冷溝槽式散熱器的總熵增影響,獲取水冷溝槽式散熱器的最佳結(jié)構(gòu)尺寸組合,發(fā)現(xiàn)對總熵增影響最大的參數(shù)為槽道高度,影響最小的參數(shù)為槽道長度。此外,最佳的結(jié)構(gòu)尺寸組合為槽道長度為75mm,槽道高度為4mm,槽道寬度為0.5mm,熱擴(kuò)散板邊長為40mm。通過模擬水冷散熱器在數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)中的實際運(yùn)行情況,搭建相應(yīng)的水冷溝槽式散熱器實驗臺,在研究中選取努塞爾特數(shù)Nu、總熱阻Re為散熱器散熱性能研究指標(biāo),選取散熱器進(jìn)出口壓降、摩擦系數(shù)f作為研究流動性能的關(guān)鍵參數(shù),通過不同運(yùn)行工況的對比可發(fā)現(xiàn)槽道式散熱器的最佳運(yùn)行參數(shù)為:冷卻水流量為0.6L/min,冷卻水進(jìn)口溫度為20℃。對槽道中存在滯留氣泡對溝槽式散熱器進(jìn)行研究表明,結(jié)果表明:滯留氣泡對溝槽式散熱器的散熱性能和流動性能均有影響,對散熱性能的影響根據(jù)氣泡長度而不同,氣泡較長時(流量為0.6L/min時),氣泡抑制傳熱過程,而氣泡較短時,由于氣泡對流體流動的擾流作用,則會產(chǎn)生強(qiáng)化傳熱的效果。對于流動性能,滯留氣泡存在的情況下摩擦系數(shù)f和壓降都會高于正常槽道。對于局部熵增,由于氣泡壁面的擾流和空氣域?qū)嵯禂?shù)低的原因,由流動摩擦和傳熱所引起的局部熵增在氣泡區(qū)域均出現(xiàn)熵增驟增的現(xiàn)象。
【圖文】：

b.水冷溝槽散熱器圖 1-5 水冷散熱器Fig1-5 Water-cooled radiator液相-氣相的冷卻液的潛熱過程。與單相度減小，傳熱速率增大，這兩個因素都式兩相冷卻方法，其傳熱是由熱源和散蒸汽通過壓力驅(qū)動有效地將熱能輸送到吸管處的重力或熱管壁（吸液芯）的毛如圖 6 所示。與傳統(tǒng)的熱管相比，帶平性和長距離的熱傳遞效率，在處理器冷另一個好處是減少了服務(wù)器內(nèi)部的液體

第二章 槽道散熱器的優(yōu)化設(shè)計完成之后，采用軟件的網(wǎng)格生成器自動將散熱器劃分成自水冷散熱器主要依靠對流換熱進(jìn)行換熱，，所以可忽略輻射的對象，不需要對其進(jìn)行自定義的網(wǎng)格劃分，為了更加精流體區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化加密的處理，散熱器的網(wǎng)格劃分如圖材質(zhì)為銅質(zhì)，而且為了和實驗相貼合，CPU 和熱擴(kuò)散板的液為去離子水，具體物理參數(shù)如表 2-2 所示。本文使用 對電子冷卻這類問題物理問題進(jìn)行研究，由于冷卻水流過00，散熱器內(nèi)的流動狀態(tài)屬于層流。在 COMSOL 中，選擇-層流，用以模擬傳熱和流體流動過程之間的耦合，在選定傳熱和層流兩個物理場接口，而且多物理場接口自動選擇
【學(xué)位授予單位】：天津商業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN40

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本文編號：2659104