熱管散熱器散熱性能的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、隨著集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和MEMS技術(shù)的進(jìn)步，電子元器件的總功率密度大幅度增長而物理尺寸卻越來越小，隨之熱流密度也極具增加，使得散熱問題日益突出。其中尤以計(jì)算機(jī)服務(wù)器中的CPU散熱突出。然而近年來，隨著各國對超級計(jì)算機(jī)的加緊研制，CPU的結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)由傳統(tǒng)的單一芯片向多核芯片發(fā)展，使得散熱問題更為嚴(yán)峻，已成為制約計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)瓶頸之一。因而迫切需要采用高效散熱技術(shù)來解決此問題，這也是國內(nèi)外該領(lǐng)域眾所關(guān)心的一個重要課題。熱管作

2、為一種高效傳熱元件，具有極高的導(dǎo)熱性、優(yōu)良的等溫性、高散熱效率和良好的環(huán)境適應(yīng)性等特點(diǎn)，非常適合于小溫差高熱流密度條件下的散熱。將熱管技術(shù)應(yīng)用于CPU的冷卻，已經(jīng)成為當(dāng)前CPU散熱方式的發(fā)展趨勢。 本論文以日本某公司最新冷卻技術(shù)為依托，針對計(jì)算機(jī)芯片冷卻問題展開了一系列的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究。首先對三種不同型式的熱管散熱器(對稱U型熱管散熱器、非對稱U型熱管散熱器、“工”型熱管散熱器)，利用專業(yè)散熱模擬軟件FLOTHERM對其散熱

3、特性進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，包括散熱器的溫度分布，熱管的溫度分布、風(fēng)道內(nèi)的溫度分布、流場分布，壓力場分布等，并對熱擴(kuò)散板進(jìn)行了傳熱效果優(yōu)化分析，通過提高散熱器底面的熱擴(kuò)散能力改善散熱效率，提高冷卻能力。通過分析發(fā)現(xiàn)，熱管的排列方式可影響散熱器的散熱效果，并進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。在原有熱管散熱器的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并模擬了一種新型熱管散熱器，通過與非對稱U型熱管散熱器的數(shù)據(jù)比較，發(fā)現(xiàn)這種將散熱器底板內(nèi)熱管延長并插入翅片中的散熱器可有效提高散熱性能。

4、 在本課題組自行搭建的“高熱流密度器件散熱性能研究實(shí)驗(yàn)臺”上，對三種熱管散熱器進(jìn)行了不同熱流密度和風(fēng)速條件下的散熱性能實(shí)驗(yàn)，獲得了不同工況下各種散熱器的性能參數(shù)。通過對數(shù)值模擬計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比照，驗(yàn)證了數(shù)值模擬的可靠性，并對三種熱管散熱器的散熱冷卻特性進(jìn)行了比較分析。包括熱擴(kuò)散板中心溫度、散熱器底板上、下表面溫度場分布、散熱器擴(kuò)散熱阻、散熱總熱阻、當(dāng)量對流換熱系數(shù)、壓降等。為了準(zhǔn)確獲得散熱器上表面的溫度分布，利用熱像儀測取了散熱