中文--離散的瞬態(tài)傳熱熱源在水中垂直矩形通道冷卻

1、<p><b>　　中文2770字</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計外文資料翻譯</p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號：

2、 </p><p>　　外文出處： Journal of Electronic Packaging Copyright ©2005 by ASME SEPTEMBER 2005, Vol. 127 / 193 </p><p&g

3、t;　　附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 </p><p>　　附件1：外文資料翻譯譯文</p><p><b>　　實驗研究的基礎(chǔ)上,</b></p><p>　　離散的瞬態(tài)傳熱熱源在水中垂直矩形通道冷卻</p><p>　　基于熱源長度的實驗，研究了瞬態(tài)的強制對流傳熱熱源在以一個數(shù)組為4×

4、;1的形式返回，離散熱源在一個垂直的通道的瞬態(tài)操作。水是一種可以冷卻、傳熱和流動涵蓋廣泛的滿足層流流動性與雷諾數(shù)體制的介質(zhì)。應(yīng)用平均熱流密度范圍從1到7 W /平方厘米。對加熱器傳熱特性進行了研究,給出了芯片在瞬態(tài)的相關(guān)性以及四個全面數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果表明,傳熱系數(shù)強烈的影響數(shù)量和雷諾數(shù)芯片。最后,一般影響突出物的熱源(B = 1、2毫米)在傳熱狀態(tài)下對研究出的四個芯片的計算結(jié)果進行比較。</p><p><b

5、>　　介紹</b></p><p>　　電子芯片冷卻負荷增加,在兩個芯片模塊的作用下,良好的傳熱和熱設(shè)計比以往任何時候都更為重要。大規(guī)模、高速電路在未來的發(fā)展可能不能保持有效的冷卻。然而,適當?shù)睦鋮s方法的使用,溫度將會上升,將會影響設(shè)備運行的可靠性,降低電子變速器設(shè)備的效率。很難依靠空冷負荷的增加去冷卻大功率電子芯片。液體冷卻曾被考慮過,并且它可能會成為實踐，在大功率芯片下保持合理溫度。然而,為

6、液體直接冷卻提供了一個高傳熱系數(shù)，水是最有效的冷卻劑，比空氣冷卻提供了更大的統(tǒng)一的芯片溫度。它觀察到的平均奴塞爾數(shù)為離散加熱，是高于均勻加熱的。近年來,電子系統(tǒng)瞬態(tài)問題變得更加重要,因為它是與設(shè)計電子系統(tǒng)的性能和包裝熱量消散組件相關(guān)的。流體流動和熱流密度隨時間改變,導(dǎo)致溫度的變化。完整的系統(tǒng)性能對溫度是敏感的。因此,它是一種需要調(diào)查的瞬態(tài)熱行為,以確定偏離正常情況的程度,特別是在冷卻劑流量的系統(tǒng)中。在分析這樣的系統(tǒng)時,有必要關(guān)注即熱設(shè)備

7、,比如一個單個的或數(shù)組的受熱部件。</p><p>　　瞬態(tài)傳熱的二維層流流入?yún)^(qū)域的水平平行板通道,邊界面是隨任意時間或表面溫度或熱流密度變化。分析了流塞平板層流通道,在水平方向上所提供的熱通量及速度分布被假設(shè)為穩(wěn)定的。席格和穆特在位置和時間上，研究了二維層流傳熱數(shù)值模擬在橫向平行板渠道和墻加熱的非恒定流。本文采用瞬態(tài)層流的強制對流在導(dǎo)管應(yīng)用均勻的平行板通道中的壁熱流密度。楊、朱研究分析了二維鏈瞬態(tài)層流在傾斜平行

8、板通道的自然對流。</p><p>　　研究表明,很少有相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)由于電子冷卻壁熱流密度或墻表溫度和流速峰值的變化而使瞬態(tài)響應(yīng)變化。然而,沒有什么工作是離散熱源在河道泵液體冷卻條件下操作的。本文亦發(fā)現(xiàn)單相傳熱研究芯片預(yù)計將高于沖洗安裝芯片。因此應(yīng)該更多關(guān)注，便于直接理解物理機制給電子芯片的熱行為帶來的影響。熱源的研究參照文獻的十三至十八。加利梅拉和愛貝克對數(shù)組的浸泡冷卻在不同介質(zhì)的矩形突出物的液體進行實驗,以雷

9、諾數(shù)、通道高度、間距和流向為影響對流傳熱系數(shù)與水在線數(shù)組的突出的元素?？岛蚃aluria進行了詳細的傳熱實驗研究，孤立的凸模組在垂直和水平位置,混合對流，研究了穩(wěn)態(tài)條件下的強制對流，觀察到傳熱分離凸熱源和熱傳遞對凸芯片的影響較小。然而,研究表明,所有這些涉及到穩(wěn)態(tài)條件,很難有涉及任何瞬態(tài)傳熱離散熱源垂直通道的流動的研究。</p><p>　　針對當前工作的影響實驗研究,數(shù)組的在線熱源安裝在一面墻上的水垂直矩形水道

10、，實現(xiàn)瞬態(tài)傳熱對冷卻泵瞬態(tài)操作的影響。為安裝加熱器提供了熱通量、雷諾數(shù)和公式。并且對B = 1、2毫米加熱器的傳感器在不同的四個芯片中的結(jié)果進行了對比研究。</p><p><b>　　實驗儀器</b></p><p>　　實驗室包括測試設(shè)備和儀器兩部分，參照文獻18至21所使用，為方便水庫流、泵、熱交換器、過濾器、旋轉(zhuǎn)式流量計、垂直過程通道、脫氣設(shè)備的使用。溫度測試

11、部分的進口不斷通過維護換熱器,在水庫主要采用浸入式加熱器,測試部分之前由k熱電偶。芯片1是指加熱器的上游渠道。剩下的晶片號碼順序分配到4個通道。對于20毫米和5毫米寬的高度，雖然大多數(shù)的長120毫米通道是用有機玻璃,多芯片組件加工高溫度導(dǎo)熱系數(shù)低0.4 W / m?K的矩形風(fēng)管。第一個芯片位于700毫米下游的通道入口,提供一個最小的水動力輸入長度為50毫米的液壓直徑。這是使得流體層流充分開發(fā)必要層前的第一芯片。每個芯片的無氧銅制作的高度

12、Hc = 9毫米、長度= 10毫米,表面區(qū)域突出量分別為0、1和2毫米。然而相比之下在B = 0時 安裝芯片分別暴露正面芯片的面積增加1.4倍和1.8 倍。</p><p>　　晶片的表面安裝在聚四氟乙烯基體模塊、芯片是放置在中心的墻面前,一個頻道之間的間隔5毫米的邊側(cè)墻芯片和渠道。電阻式加熱器是通過并聯(lián)電壓互感器被連接到每個芯片并受到控制。這樣的類似的電壓互感器的四個芯片被用于實驗設(shè)備。</p>

13、<p><b>　　測試程序</b></p><p>　　執(zhí)行實驗之前，兩個鎳鉻合金熱電偶的都是嵌入式芯片，沿流向中心線在深度0.5毫米上的晶片間隔都為2毫米,除了邊緣上游和下游的芯片。通過測量兩個熱電偶得知芯片壁溫的平均溫度。獲取數(shù)據(jù)的程序是由單相實驗的一個入口溫度、錫23°c的熱流密度范圍變化提供的。利用電壓、電阻加熱器在所有的四個芯片上采用萬用表、加熱恒熱流。<

14、;/p><p>　　流量、加熱功率、芯片溫度達到穩(wěn)定狀態(tài),通常在大約30分鐘。研究發(fā)現(xiàn),過去3分鐘的變化是芯片壁面溫度小于0.3°。然后采用瞬變試驗操作。</p><p>　　進行瞬態(tài)操作，關(guān)閉泵，使其功率在穩(wěn)定狀態(tài)，則瞬間芯片壁溫迅速增加。當溫度達到70°C，泵是開著的。然而大大降低了芯片溫度。使所有芯片溫度遠遠低于設(shè)計極限85°C確保沒有相變流體通道。在等溫條

15、件下，分析了電子芯片的熱行為,瞬態(tài)傳熱采取的75年代加熱功率。</p><p>　　天文數(shù)據(jù)歸算的屏壁防護和</p><p>　　所有的物理性質(zhì)的大部分評估流體溫度在這里定義為</p><p>　　Tb =（ Twall + Tin）/2 (1)</p><p><b>　　芯片和液體溫度差

16、</b></p><p>　　T = Twall ? Tin . (2)</p><p><b>　　)</b></p><p><b>　　基于的奴塞爾數(shù)長度</b></p><p>　　Nu=hl/k=ql/kA(Twall ? Ti

17、n) (3)</p><p>　　基于熱源長度的雷諾數(shù)</p><p>　　Rel=Ul/v. (4)</p><p>　　基于熱源長度的Peclet數(shù)量被定義為</p><p>　　Pel=Rel*Pr

18、 (5) </p><p><b>　　傅里葉數(shù)其定義</b></p><p>　　Fo=at/Hc2 (6)</p><p><b>　　Biot被定義為</b></p><p>　　Bi=hHc/kc

19、 (7)</p><p>　　估計的不確定性：液體冷卻熱量損失模擬芯片被發(fā)現(xiàn)是可以忽略的。然而,在目前的實驗中,熱量損失是由聚四氟乙烯的表面溫度測量暴露在環(huán)境溫度空氣,是基于假定，傳導(dǎo)熱量損失的是平等的,多芯片組件的熱損耗——由自然對流從水面的多芯片環(huán)境。整體估計值的不確定性的實驗數(shù)據(jù)進行了標準的測量技術(shù)。研究揭示了我國稀土的不確定性、Nu、Pel、傅里葉系數(shù)小于3.8%,6

20、.8%,3.8%,4.0%,。這些價值觀是微不足道的，與基礎(chǔ)上不確定性的體質(zhì)有關(guān)。</p><p>　　Flush-mounted芯片的研究</p><p>　　穩(wěn)態(tài)的結(jié)果。確保試驗夾具條件下，得到了與穩(wěn)態(tài)結(jié)果。26人同一圖繪制，表示吻合較好，5%的偏差奴塞爾數(shù)與本文研究有價值。這是為了保證試驗處于良好的工作狀態(tài)。線性適合方法用于相關(guān)層流流動數(shù)據(jù)，其平均標準偏差為15%左右。</p&

21、gt;<p><b>　　凸芯片的研究</b></p><p>　　由于上游和下游的芯片也有類似的傳熱數(shù)據(jù)，在不同實驗條件下，四個芯片在不同的突出物的平均數(shù)據(jù)，對在不同凸高度B ，C和m進行研究，為每個芯片的試驗中找到合適的線性方法。平均這些結(jié)果得到了各芯片數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)的平方值約為0.95，平均標準差SD實驗數(shù)據(jù)大約是15%。</p><p><

22、b>　　結(jié)論</b></p><p>　　實驗單相瞬態(tài)的強制對流傳熱在一個垂直矩形通道進行過程中瞬態(tài)手術(shù)的研究來決定芯片整體傳熱系數(shù)。安裝和突出的芯片為沖刷的影響、熱通量、冷卻劑流量率和芯片編號進行了研究。由適當?shù)膬r值的指數(shù)n，得到了一個獨特的價值。通過相關(guān)方程，可得加熱器籌碼以及全面的數(shù)據(jù)。不同的傳熱之間的數(shù)據(jù)和突出的芯片不同。</p><p><b>　　命

23、名</b></p><p>　　A=晶片表面接觸面積，米</p><p><b>　　B=突出高度，米</b></p><p><b>　　C=相關(guān)系數(shù)</b></p><p>　　Cp=在恒壓比熱容、J /公斤?K</p><p><b>　　Fo=傅

24、里葉數(shù)</b></p><p>　　g=重力加速度、米/秒</p><p>　　Hc=高度的芯片，米</p><p>　　h=傳熱系數(shù)、W / m2K</p><p>　　k=流體的導(dǎo)熱系數(shù)、W / m?K</p><p><b>　　l=長度的熱源、米</b></p>

25、<p><b>　　n=指數(shù)</b></p><p><b>　　Nul=奴塞爾數(shù)</b></p><p>　　Q=流量、立方米/秒</p><p>　　References</p><p>　　1 Xu, G. P., Tso, C. P., and Tou, K. W., 1996,

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38、ion in an Inclined Parallel-Walled Channel,” Int. Commun.</p><p>　　Heat Mass Transfer, 30, pp. 359–367.</p><p>　　13 Joshi, Y., Kelleher, M. D., Powell, M., and Torres, E. I., 1991, “Heat Transfe

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40、nsfer Characteristics of an</p><p>　　Array of Protruding Elements in Single Phase Forced Convection,” Int. J. Heat</p><p>　　Mass Transfer, 33, pp. 2659–2669.</p><p>　　15 Garimella,

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43、nsfer, 4, pp. 384–390.</p><p>　　17 Kang, B. H., Jaluria, Y., and Tewari, S., 1990, “Mixed Convection Transport</p><p>　　from an Isolated Heat Source Module on Horizontal Plate,” J. Heat Transfer

44、,</p><p>　　112, pp. 653–661.</p><p>　　18 Tou, K. W., Xu, G. P., and Tso, C. P., 1998, “Direct Liquid Cooling of Elec-</p><p>　　tronic Chips by Single-phase Forced Convection on FC-7

45、2,” Exp. Heat Trans-</p><p>　　fer, 11, pp. 121–134.</p><p>　　19 Bhowmik, H., Tso, C. P., and Tou, K. W., 2003, “Thermal Behavior of Simu-</p><p>　　lated Chips During Power-off Trans

46、ient Period,” 5th Electronic Packaging</p><p>　　Technology Conference, Singapore, pp. 497–500.</p><p>　　20 Tso, C. P., Tou, K. W., and Bhowmik, H., 2004, “Experimental and Numerical</p>&

47、lt;p>　　Thermal Transient Behavior of Chips in a Liquid Channel During Loss of</p><p>　　Pumping Power,” J. Electron. Packag., 126 4 , pp. 546–553.</p><p>　　21 Tso, C. P., Xu, G. P., and Tou, K

48、. W., 1999, “An Experimental Study on Forced</p><p>　　Convection Heat Transfer from Flush-mounted Discrete Heat Sources,” J. Heat</p><p>　　Transfer, 121, pp. 326–332.</p><p>　　22 Pe

49、rry, J. H., 1963, Chemical Engineer’s Handbook, 4th Ed. McGraw-Hill,</p><p><b>　　New York.</b></p><p>　　23 Willingham, T. C., and Mudawar, I., 1970, “Forced Convection Boiling and<

50、;/p><p>　　Critical Heat Flux from a Linear Array of Discrete Heat Sources,” Int. J. Heat</p><p>　　Mass Transfer, 35, pp. 2879–2890.</p><p>　　24 Heindel, T. J., Ramadhyani, S. R., and I

51、ncropera, F. P., 1992, “Liquid Immer-</p><p>　　sion Cooling of a Longitudinal Array of Discrete Heat Sources in Protruding</p><p>　　Substrates: 2-Forced Convection Boiling,” J. Electron. Packag.

52、, 114, pp. 55–</p><p><b>　　62.</b></p><p>　　25 Kline, S. J., and McClintock, F. A., 1953, “Describing Uncertainties in Single-</p><p>　　sample Experiments,” Mech. Eng. A

53、m. Soc. Mech. Eng. , 75, pp. 3–8.</p><p>　　26 Shah, R. K., and London, A. L., 1978, Laminar Flow Forced Convection in</p><p>　　Ducts, Advances in Heat Transfer, Suppl. No. 1, Academic, New York.