【摘要】：在電子器件熱流密度急劇升高的背景下,散熱問(wèn)題已經(jīng)逐漸成為設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要關(guān)注點(diǎn)。由于液冷系統(tǒng)具有較高的散熱能力、低溫度波動(dòng)和結(jié)構(gòu)緊湊,液冷系統(tǒng)已經(jīng)成為取代空冷系統(tǒng)的一個(gè)非常有前途的冷卻解決方案。微型泵的可靠性至今仍是液冷系統(tǒng)尚未大規(guī)模取代空冷系統(tǒng)應(yīng)用的一個(gè)瓶頸。本文參考生物醫(yī)藥領(lǐng)域人工心臟泵的高可靠性軸承設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)了符合液冷用水力懸浮軸承方案的微型水泵和接觸式陶瓷軸承方案,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案,最后集成應(yīng)用于高可靠性液冷系統(tǒng)。首先介紹了微泵用水力懸浮軸承的結(jié)構(gòu)和原理,設(shè)計(jì)了徑向水力動(dòng)壓軸承和軸向止推軸承,并進(jìn)行模擬計(jì)算,計(jì)算得到液膜動(dòng)壓徑向軸承的最大壓力為121.24kPa,承載力為12.56N,軸向螺旋槽止推軸承的最大壓力為43.89kPa,承載力為2.53N。采用加大流量法和速度系數(shù)法設(shè)計(jì)完成了流量2.63L/min,揚(yáng)程108kPa,轉(zhuǎn)速為20000rpm的微型離心泵的水力部件。對(duì)微泵水力部件進(jìn)行了CFD仿真分析,葉輪葉頂間隙泄露、渦流損失和蝸殼隔舌處阻塞造成的回流擾動(dòng)、垂直出口管造成的液流直接撞擊出口管壁的損失是微泵的主要水力損失,模擬得到微泵揚(yáng)程134.5kPa,效率52.8%。加工了微泵的水力部件并組裝了微泵的樣機(jī),測(cè)得微型泵在轉(zhuǎn)速為20000rpm下的流量揚(yáng)程曲線,在流量2.60L/min時(shí),揚(yáng)程為109.2kPa,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。接觸式陶瓷軸承可靠性測(cè)試結(jié)果顯示,氧化鋁和氮化硅陶瓷材料耐磨損性能良好,氧化鋯軸承磨損嚴(yán)重,并不適用于水下高速電機(jī)工況。經(jīng)過(guò)340天磨損后,3臺(tái)測(cè)試泵水力參數(shù)流量和揚(yáng)程下降25%左右,說(shuō)明氧化鋁和氮化硅在水中的耐磨損性能接近,可以滿足微泵大概1年的連續(xù)運(yùn)行需求。搭建了微型泵作為冷板的液冷系統(tǒng),對(duì)微型泵蝸殼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改,使微型泵與熱源直接接觸,通過(guò)泵內(nèi)部劇烈的湍流來(lái)加強(qiáng)換熱,整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊。熱流量q為83.8 W/cm~2時(shí),熱源溫度T_h為51.4°C,實(shí)驗(yàn)和數(shù)值結(jié)果表明系統(tǒng)具有良好的散熱能力。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文1 緒 論，持續(xù)增長(zhǎng)的熱耗散已經(jīng)成為電子器件發(fā)展中的一個(gè)主要制約因素聯(lián)盟（iNEMI）在 2004 年的技術(shù)藍(lán)圖[1]中指出，到 2020 年高性能微散熱功率和熱流密度約達(dá)到 360W 和 190W/cm2，如圖 1-1 所示。而的存在，高性能處理器芯片的峰值熱流會(huì)更大，還要避免器件的溫這對(duì)電子器件的散熱提出了很高的挑戰(zhàn)。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文/=AE kS e， 為母體參數(shù)；A 為常數(shù)；E 為激活能，它與材料有關(guān)；k 為對(duì)溫度。從公式可以看出，隨著溫度的升高，電子器件的失效率空軍 1989 年的報(bào)告顯示由于溫度造成的故障占電子器件總故障示。而且，，溫度升高會(huì)導(dǎo)致電子器件的泄漏功率增加，在高溫下功耗的 50%以上[10]。因此可靠的熱管理已經(jīng)成為電子器件設(shè)計(jì)。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH133.3;TH38

【參考文獻(xiàn)】

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1 孫德明,扶軍;部分流泵的加大流量設(shè)計(jì)[J];水泵技術(shù);2005年03期

2 徐朝暉,吳玉林,陳乃祥,劉宇,張梁,吳玉珍;基于滑移網(wǎng)格與RNG湍流模型計(jì)算泵內(nèi)的動(dòng)靜干擾[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2005年01期

3 張春華,溫熙森,陳循;加速壽命試驗(yàn)技術(shù)綜述[J];兵工學(xué)報(bào);2004年04期

4 楊軍虎;低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵葉輪內(nèi)的流動(dòng)機(jī)理和葉輪設(shè)計(jì)[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2002年02期

5 朱祖超,黃敦回,賴存陽(yáng);小流量切線增壓泵設(shè)計(jì)[J];水泵技術(shù);1996年01期

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1 段斌;水力懸浮微型泵的理論設(shè)計(jì)與系統(tǒng)研制[D];華中科技大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2696656