【摘要】：隨著電子器件性能的快速提升,冷卻系統(tǒng)熱負(fù)荷的大幅增加,同時(shí)換熱空間趨于微型化,傳統(tǒng)的風(fēng)冷及液冷技術(shù)難以滿足高性能電子器件的熱管理需求。微通道熱沉具有結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積散熱量高等突出優(yōu)勢(shì),目前已經(jīng)成為大規(guī)模集成電路及微電子器件冷卻的重要手段。現(xiàn)階段關(guān)于微通道熱沉的研究以實(shí)驗(yàn)研究為主,實(shí)驗(yàn)研究只能捕捉到微通道熱沉整體性能的變化,難以揭示其內(nèi)部流動(dòng)和傳熱的微觀機(jī)理。而已有的模擬研究往往忽略了固液間熱物性參數(shù)對(duì)耦合傳熱的影響,且較少考慮多個(gè)微尺度效應(yīng)對(duì)微通道熱沉的綜合影響,且很少將機(jī)理研究延展至三維微通道熱沉。這些研究上的不足限制了人們對(duì)微通道熱沉傳熱機(jī)理的認(rèn)識(shí),也成為優(yōu)化微通道熱沉換熱性能的瓶頸。本文首先通過(guò)理論分析揭示了耦合傳熱問(wèn)題的本質(zhì),并借助LB方法易于處理復(fù)雜邊界、編程簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì),充分考慮了固液間的耦合傳熱,建立了描述微通道熱沉內(nèi)部流動(dòng)和能量傳遞的LB模型;在此模型的基礎(chǔ)上對(duì)不同結(jié)構(gòu)化表面、壁面厚度、固液的熱物性參數(shù)以及雷諾數(shù)對(duì)微通道熱沉內(nèi)部工質(zhì)的流動(dòng)和傳熱的影響進(jìn)行數(shù)值研究,結(jié)果表明,通道的結(jié)構(gòu)對(duì)流體的流動(dòng)和傳熱影響顯著,增大Re數(shù)和固液熱導(dǎo)率比以及減小固液熱容比能優(yōu)化微通道熱沉的換熱性能;此外,我們將黏性熱耗散效應(yīng)、入口效應(yīng)與冪率流體綜合分析,研究結(jié)果證明增大Br數(shù)和冪率指數(shù)會(huì)導(dǎo)致微通道熱沉的換熱性能惡化;最后,本文將微通道熱沉的研究延展三維,對(duì)側(cè)壁面的尺寸優(yōu)化和固液熱導(dǎo)率比的影響進(jìn)行了分析,結(jié)果顯示增加側(cè)壁面厚度能提高側(cè)壁面的局部Nu數(shù),但也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)換熱系統(tǒng)的溫度提高,而在一定范圍內(nèi),增大固液的熱導(dǎo)率比可以降低微通道熱沉的壁面溫度。本文的研究明晰了微通道熱沉在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和熱物性參數(shù)下其換熱性能的變化規(guī)律,揭示了黏性熱耗散效應(yīng)和冪率指數(shù)影響下微通道熱沉內(nèi)部的傳熱機(jī)理,研究結(jié)果可對(duì)微通道熱沉換熱性能的強(qiáng)化提供理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支持。
【圖文】：

像識(shí)別等功能，其芯片的運(yùn)算速度需要達(dá)到每秒千億次，這需要片更換為人工智能與信息處理的 AI 芯片[1]。雖然 AI 芯片的計(jì)算倍，，但其產(chǎn)熱量也大幅提升。已有研究表明，電子器件工作的極限溫內(nèi)，每超過(guò)極限溫度 1℃，電子器件的可靠性就降低 5%，而且其少，因此，溫度是電子器件的需要控制的重要指標(biāo)，如果不能及時(shí)去，將會(huì)對(duì)電子器件的可靠性和壽命產(chǎn)生威脅�，F(xiàn)階段，電子器件換熱空間不斷縮減，如何采用更高效的冷卻方式在極其有限的空為微電子產(chǎn)品熱管理技術(shù)亟待解決的問(wèn)題[2]。道熱沉（如圖 1.1 所示）作為一種主動(dòng)式微型集成液冷技術(shù)開(kāi)始思想是在集成電路的硅襯底背面添加若干微小尺度的通道，冷卻強(qiáng)制對(duì)流的方式將微電子器件產(chǎn)生的熱量帶走，從而降低電子器通道熱沉具有結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積散熱量高等突出優(yōu)勢(shì)，目前已路及微電子器件冷卻的重要手段[4]。

u 為流體速度。為了恢復(fù)eqii∑ f =ρeqi ii∑ c f =ρu eqi i i i j iji∑ c c= f ρu u +pδju 分別是水平和豎直方向的速度分9 模型，D2Q9模型的離散速度分布如, 1) 2], sin[( 1) 2]) , ( 5) 2 4], sin[( 5) 2] 4) i c i i π ππ π π π + +
【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】：2019
【分類號(hào)】：TN405;TK124

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 過(guò)增元;;當(dāng)前國(guó)際傳熱界的熱點(diǎn)——微電子器件的冷卻[J];中國(guó)科學(xué)基金;1988年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 汪壘;納米流體強(qiáng)化傳熱機(jī)理的格子Boltzmann方法研究[D];華中科技大學(xué);2017年

2 魏義坤;基于格子Boltzmann 方法氣—液兩相流及熱對(duì)流問(wèn)題的數(shù)值研究[D];上海大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2695397