【摘要】：近年來,電子科技迅速發(fā)展,電子設(shè)備的高頻率、高運(yùn)行速度以及集成電路的集中化和小型化導(dǎo)致CPU(Central Processing Unit)單位面積的發(fā)熱量急劇增加。CPU的運(yùn)行速度與溫度密切相關(guān),CPU溫度每上升1℃,其性能將下降5%,因此,設(shè)計(jì)與制造CPU高效散熱裝置成為一個(gè)急需解決的問題。常用的冷卻工質(zhì)(水、空氣、油等)逐漸難以達(dá)到如此高強(qiáng)度的散熱要求。納米流體作為一種新型冷卻劑,具有高導(dǎo)熱性和良好的傳熱性能,被廣泛地應(yīng)用于科研和工業(yè)領(lǐng)域�；谝陨涎芯勘尘�,本論文主要從兩個(gè)方面做了研究:一方面使用具有良好導(dǎo)熱性能的納米流體作為CPU冷卻工質(zhì);另一方面使用凹槽和凸起改變CPU散熱器的熱交換表面以改善冷卻效果。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和成果概括如下:(1)通過“兩步法”制備了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的TiO_2-H_2O納米流體(0.1%-0.5%),研究與分析了配制的納米流體的穩(wěn)定性和熱物理性質(zhì);(2)通過實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)試了納米流體在具有不同換熱面的CPU散熱器中的冷卻性能,換熱面通過半圓形凸起、矩形凹槽、圓柱形凸起、圓柱形凹槽進(jìn)行改變,并研究了半圓形凸起的排列方式(順排,叉排)、矩形凹槽的深度(1mm,2mm)、圓柱形凸起的排列方式(順排,叉排)、圓柱形凹槽的排列方式(順排,叉排)和深度(1mm,2mm,3mm)對(duì)CPU散熱器中納米流體散熱性能的影響,采用綜合評(píng)價(jià)指數(shù)、熱效率、(火用)效率、熵增等多種評(píng)價(jià)準(zhǔn)則分析了不同結(jié)構(gòu)散熱器中納米流體的冷卻性能。研究結(jié)果表明:在納米流體的冷卻下,CPU表面的溫度明顯下降。對(duì)于半圓形凸起結(jié)構(gòu),與去離子水相比,納米流體在具有順排凸起和叉排凸起的CPU散熱器中流動(dòng),最多降低CPU表面溫度的10.5%和12.5%。與順排凸起相比,叉排凸起的CPU散熱器的表面溫度可降低2.7-3.8%。對(duì)于不同的強(qiáng)化換熱結(jié)構(gòu),TiO_2-H_2O納米流體的冷卻性能隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)先增強(qiáng)后減弱,總是存在一個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)使納米流體具有最佳的傳熱性能,凸起結(jié)構(gòu)和凹槽結(jié)構(gòu)的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.4%,0.3%。圓柱形凹槽散熱器的熱效率隨著納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低,但隨著凹槽深度的增加而增大。在相同的傳熱技術(shù)下,順排結(jié)構(gòu)的熱效率高于叉排結(jié)構(gòu)的熱效率。在相同的泵功和流速下,圓柱形凹槽散熱器的(火用)效率顯著提高。對(duì)于圓柱形凹槽散熱器,叉排結(jié)構(gòu)的總熵增幾乎是順排結(jié)構(gòu)的2倍,這表明順排結(jié)構(gòu)在換熱過程中具有更好的熵增性能。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP332
【圖文】：

H2O 納米流體。次制備納米流體采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表征納米流體的濃度，因?yàn)橘|(zhì)量分?jǐn)?shù)地、方便地衡量所配制納米流體的濃度。另外，納米流體的濃度還分?jǐn)?shù)來表示，換算公式如下： np nf11 于實(shí)驗(yàn)需求，本文制備了 ω=0.1%-0.5%的 TiO2-H2O 納米流體。 TiO2-H2O 納米流體穩(wěn)定性分析文使用沉降觀測(cè)法對(duì)制備的 TiO2-H2O 納米流體的穩(wěn)定性進(jìn)行對(duì)比為最簡(jiǎn)單的穩(wěn)定性分析法，沉降觀測(cè)法是通過觀察納米顆粒沉淀的米流體的穩(wěn)定性。本實(shí)驗(yàn)使用沉降觀測(cè)法對(duì)比了剛配制好的納米流后的納米流體的沉淀，對(duì)比結(jié)果如圖 2-1�？梢园l(fā)現(xiàn)，靜置 7 天后有顯著的沉淀，仍具有良好的分散性，故本次制備的納米流體分散要求。0.1% 0.2% 0.3% 0.4% 0.5%0.1% 0.2% 0.3% 0.4% 0.5%

熱器中的流動(dòng)散熱系統(tǒng)示意圖和實(shí)物圖。擬 CPU 發(fā)熱部分、流動(dòng)與換熱測(cè)試部分以示意圖可以看出，散熱系統(tǒng)的工作流程為：，流經(jīng)散熱器時(shí)被加熱，被加熱的納米流體送回儲(chǔ)液罐，形成循環(huán)。Temperaturecontrol sinkWater tankPeristalticpumpValveFlowmeterToutT1 T2 T8 T9 TinDifferential pressuretransmitterDate acquisitionsystemCPU heat sinkComputer圖 2-4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig. 2-4. Schematic diagram of experimental system

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本文編號(hào)：2722385