三維微通道熱虹吸沸騰換熱基礎(chǔ)研究
發(fā)布時間：2021-01-03 22:25
本文針對3D芯片散熱痛點提出了利用芯片間形成的微通道而構(gòu)成熱虹吸熱管結(jié)構(gòu)冷卻3D芯片的新技術(shù)并進行了一系列的基礎(chǔ)實驗研究其換熱特性。以去離子水和R113為基礎(chǔ)換熱工質(zhì),鎳鉻合金加熱面模擬3D芯片發(fā)熱,重點研究了三維微通道三維尺寸,傾角,工質(zhì)物性,加熱面表面處理對熱虹吸沸騰CHF和HTC的影響,并提出了兩種強化微通道熱虹吸沸騰換熱的手段。所使用的的三維微通道長度包括30mm,60mm和100mm,厚度包括0.05mm和0.1mm,寬度包括4mm,2mm,1.33mm,1mm和0.8mm。根據(jù)純工質(zhì)的實驗結(jié)果,對常規(guī)尺寸通道的熱虹吸沸騰經(jīng)驗公式做出修正,使其適用于三維微通道的熱虹吸沸騰,補充了微通道寬度對CHF的影響,公式與實驗結(jié)果誤差在30%以內(nèi)。為了強化換熱,向純工質(zhì)中加入2000ppm表面活性劑SDS形成濕潤流體,從而降低工質(zhì)的表面張力,增強濕潤性,提升毛細力,降低加熱面與液面間的表面能。隨著通道寬度的增大,CHF強化率逐漸減小;相同寬度和厚度的微通道,長度越長,強化越弱;厚度越小,強化率越高;對濕潤R113,CHF強化率為115%到164%;對濕潤去離子水,CHF強化率為117%到...
【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：110 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
典型水冷系統(tǒng)示意圖
圖 1-2 熱管原理簡圖Fig.1-2 Heat pipe principle diagramLe Berre[20]等研制出一種用于芯片冷卻的微型熱管，傳熱系數(shù)達 600W/m·K，它由 55 個平行的三角形微通道組成，并采用乙醇和甲醇作為工質(zhì)冷卻多晶硅加熱板，蒸發(fā)端和冷凝端溫差達到 4.7℃。McGlen 等[21]將環(huán)形微熱管與強制對流冷卻相結(jié)合，在環(huán)境溫度為 55℃下實現(xiàn)了維持芯片工作溫度低于 70℃，并將每個單元的散熱量提升到 230W。(5)微通道冷卻微通道冷卻是由八十年代美國學(xué)者 Tuckerman 和 Pease[22]提出的一種新技術(shù)。微通道通常是在硅片上通過刻蝕或精確切割制成的橫截面積僅有幾十到上百微米的微槽道，再使用微泵等手段使換熱工質(zhì)在微通道中進行換熱。相比于傳統(tǒng)的材料，微通道換熱具有極高的等效傳熱系數(shù)，尤其是相變微通道。微通道內(nèi)的物理過程介于宏觀物理學(xué)與微觀物理學(xué)的過渡區(qū)域，因此其對換熱的強化機理尚處于實驗與理論探索階段，也是一種新興的芯片換熱強化方式。Choondal 等[23]總結(jié)了近年來的微通道實驗數(shù)據(jù)，認(rèn)為當(dāng)微通道的水力直徑大于 50μm 時，工質(zhì)的流動
a)樹形微通道網(wǎng)絡(luò) b)盤形微通道網(wǎng)絡(luò)a) Tree-type microchannel network b) Disk-type microchannel network圖 1-3 兩種微通道網(wǎng)絡(luò)示意圖Fig.1-3 Diagram of two microchannel networks1.1.3 以往 3D 芯片冷卻相關(guān)研究
【參考文獻】：
期刊論文
[1]手機芯片的發(fā)展歷程和前景[J]. 王子睿. 電子技術(shù)與軟件工程. 2017(17)
[2]微流控器件中的多相流動[J]. 陳曉東,胡國慶. 力學(xué)學(xué)報. 2015(02)
[3]傾斜限制空間內(nèi)池式沸騰流型特性研究[J]. 文青龍,陳軍,趙華. 核動力工程. 2011(01)
[4]豎直狹縫通道內(nèi)水沸騰換熱的氣泡動力學(xué)研究[J]. 郭雷,張樹生,陳雅群,程林. 西安交通大學(xué)學(xué)報. 2010(11)
[5]豎直矩形窄流道內(nèi)汽泡生長的實驗研究[J]. 陳德奇,潘良明,袁德文,鄧杰文,王小軍. 核動力工程. 2008(05)
[6]計算機CPU芯片散熱技術(shù)[J]. 劉一兵. 低溫與超導(dǎo). 2008(06)
[7]計算機芯片冷卻技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 張德君,楊志剛,孫曉鋒. 機械設(shè)計與制造. 2008(03)
[8]微通道冷凝研究的進展與展望[J]. 陳永平,肖春梅,施明恒,吳嘉峰. 化工學(xué)報. 2007(09)
[9]平板熱管微槽道傳熱面上納米流體沸騰換熱特性[J]. 熊建國,劉振華. 中國電機工程學(xué)報. 2007(23)
[10]窄縫通道中液氮的沸騰傳熱研究 第一部分:窄縫通道尺寸對傳熱特性的影響[J]. 張鵬,尤國春,王如竹. 低溫與超導(dǎo). 2005(01)
碩士論文
[1]電子器件風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的流動與傳熱性能研究[D]. 宋威.華中科技大學(xué) 2011
本文編號：2955590
【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：110 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
典型水冷系統(tǒng)示意圖
圖 1-2 熱管原理簡圖Fig.1-2 Heat pipe principle diagramLe Berre[20]等研制出一種用于芯片冷卻的微型熱管，傳熱系數(shù)達 600W/m·K，它由 55 個平行的三角形微通道組成，并采用乙醇和甲醇作為工質(zhì)冷卻多晶硅加熱板，蒸發(fā)端和冷凝端溫差達到 4.7℃。McGlen 等[21]將環(huán)形微熱管與強制對流冷卻相結(jié)合，在環(huán)境溫度為 55℃下實現(xiàn)了維持芯片工作溫度低于 70℃，并將每個單元的散熱量提升到 230W。(5)微通道冷卻微通道冷卻是由八十年代美國學(xué)者 Tuckerman 和 Pease[22]提出的一種新技術(shù)。微通道通常是在硅片上通過刻蝕或精確切割制成的橫截面積僅有幾十到上百微米的微槽道，再使用微泵等手段使換熱工質(zhì)在微通道中進行換熱。相比于傳統(tǒng)的材料，微通道換熱具有極高的等效傳熱系數(shù)，尤其是相變微通道。微通道內(nèi)的物理過程介于宏觀物理學(xué)與微觀物理學(xué)的過渡區(qū)域，因此其對換熱的強化機理尚處于實驗與理論探索階段，也是一種新興的芯片換熱強化方式。Choondal 等[23]總結(jié)了近年來的微通道實驗數(shù)據(jù)，認(rèn)為當(dāng)微通道的水力直徑大于 50μm 時，工質(zhì)的流動
a)樹形微通道網(wǎng)絡(luò) b)盤形微通道網(wǎng)絡(luò)a) Tree-type microchannel network b) Disk-type microchannel network圖 1-3 兩種微通道網(wǎng)絡(luò)示意圖Fig.1-3 Diagram of two microchannel networks1.1.3 以往 3D 芯片冷卻相關(guān)研究
【參考文獻】：
期刊論文
[1]手機芯片的發(fā)展歷程和前景[J]. 王子睿. 電子技術(shù)與軟件工程. 2017(17)
[2]微流控器件中的多相流動[J]. 陳曉東,胡國慶. 力學(xué)學(xué)報. 2015(02)
[3]傾斜限制空間內(nèi)池式沸騰流型特性研究[J]. 文青龍,陳軍,趙華. 核動力工程. 2011(01)
[4]豎直狹縫通道內(nèi)水沸騰換熱的氣泡動力學(xué)研究[J]. 郭雷,張樹生,陳雅群,程林. 西安交通大學(xué)學(xué)報. 2010(11)
[5]豎直矩形窄流道內(nèi)汽泡生長的實驗研究[J]. 陳德奇,潘良明,袁德文,鄧杰文,王小軍. 核動力工程. 2008(05)
[6]計算機CPU芯片散熱技術(shù)[J]. 劉一兵. 低溫與超導(dǎo). 2008(06)
[7]計算機芯片冷卻技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 張德君,楊志剛,孫曉鋒. 機械設(shè)計與制造. 2008(03)
[8]微通道冷凝研究的進展與展望[J]. 陳永平,肖春梅,施明恒,吳嘉峰. 化工學(xué)報. 2007(09)
[9]平板熱管微槽道傳熱面上納米流體沸騰換熱特性[J]. 熊建國,劉振華. 中國電機工程學(xué)報. 2007(23)
[10]窄縫通道中液氮的沸騰傳熱研究 第一部分:窄縫通道尺寸對傳熱特性的影響[J]. 張鵬,尤國春,王如竹. 低溫與超導(dǎo). 2005(01)
碩士論文
[1]電子器件風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的流動與傳熱性能研究[D]. 宋威.華中科技大學(xué) 2011
本文編號：2955590
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