噴射流針肋水冷散熱器的流動(dòng)傳熱及節(jié)能性研究

1、分類號(hào)：學(xué)校代碼：10069密級(jí)：研究生學(xué)號(hào)：201310140噴射流針肋水冷散熱器的流動(dòng)傳熱及節(jié)能性研究噴射流針肋水冷散熱器的流動(dòng)傳熱及節(jié)能性研究Studyonthermalhydraulicenergysavingperfmanceofpinfinheatsink研究生姓名：崔卓專業(yè)名稱：工程熱物理指導(dǎo)教師：諸凱教授論文提交日期：2017年5月學(xué)位授予單位：天津商業(yè)大學(xué)萬方數(shù)據(jù)I摘要隨著微電子器件、個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和大型數(shù)據(jù)中心運(yùn)算能

2、力的不斷提高，芯片工作頻率不斷上升，隨之帶來的芯片散熱問題越來越受到研究者們的重視。同時(shí)，隨著計(jì)算系統(tǒng)小型化、集成化的要求，又迫切需要減小散熱系統(tǒng)各部件的體積。在傳統(tǒng)風(fēng)冷已無法滿足計(jì)算系統(tǒng)散熱要求的情況下，水冷系統(tǒng)已逐漸開始被應(yīng)用到計(jì)算系統(tǒng)的散熱中。在水冷系統(tǒng)的研究中，散熱器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)是其中重要的分支。如何通過結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，在提高水冷散熱器的傳熱性能的同時(shí)，減小冷卻水在散熱器內(nèi)部的流動(dòng)阻力，是現(xiàn)階段水冷散熱器研究的核心問題。相比于板肋式水

3、冷散熱器，針肋式水冷散熱器的肋片結(jié)構(gòu)比表面積更大，增加了散熱器的有效換熱面積。同時(shí)，針肋結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了內(nèi)部流場的擾動(dòng)性，提高了流體的對(duì)流換熱系數(shù)，因此使得散熱器的傳熱性能明顯提升。正是由于上述優(yōu)點(diǎn)，針肋式水冷散熱器的研究在近年來得到了廣泛的關(guān)注。在以往關(guān)于針肋式水冷散熱器的研究中，存在著以下不足：（1）對(duì)散熱器流動(dòng)傳熱性能的研究以橫流式結(jié)構(gòu)為主，關(guān)于噴射流式針肋水冷散熱器的研究較少；（2）對(duì)散熱器流動(dòng)換熱性能以及節(jié)能效果進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，很少考慮

4、到芯片工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化對(duì)散熱器節(jié)能效果產(chǎn)生的影響。針對(duì)上述問題，本文的研究內(nèi)容如下：設(shè)計(jì)并研制了三種不同針肋形狀的噴射流水冷散熱器，搭建了高熱流密度器件水冷散熱器性能檢測實(shí)驗(yàn)臺(tái)，研究在不同的冷卻水流量和熱流密度下，針肋結(jié)構(gòu)散熱器的熱阻以及芯片工作溫度的變化規(guī)律。分別選取努塞爾特?cái)?shù)和摩擦系數(shù)作為散熱器傳熱和流動(dòng)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用檢測的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出不同針肋結(jié)構(gòu)散熱器的努塞爾特?cái)?shù)和摩擦系數(shù)的關(guān)聯(lián)式，對(duì)不同工況下散熱器的性能變化進(jìn)行了研究

5、。對(duì)某小型數(shù)據(jù)中心中芯片動(dòng)態(tài)運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行了監(jiān)測，通過合理簡化后，得到了芯片發(fā)熱量的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。而后，根據(jù)散熱器的流動(dòng)傳熱性能和實(shí)際運(yùn)行中芯片的工作狀態(tài)要求，得到了不同散熱器的動(dòng)態(tài)節(jié)能效果隨芯片發(fā)熱量的變化規(guī)律。對(duì)散熱器傳熱性能的研究的結(jié)果表明：在低流量范圍內(nèi)，流量改變對(duì)芯片工作溫度的影響作用更大。在不同流量下，正方形針肋結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出最佳的傳熱性能，且在低雷諾數(shù)下優(yōu)勢更加明顯。對(duì)散熱器流動(dòng)性能的研究結(jié)果表明：由于通道截面積變化較為平緩，水