隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,芯片的集成度、封裝密度以及其工作時(shí)鐘頻率的不斷提高,單個(gè)芯片的所需功率加大。而設(shè)備緊湊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求又使得散熱更加困難,因而迫切需要采用高效散熱技術(shù)來解決此問題,這也是國內(nèi)外該領(lǐng)域眾所關(guān)心的一個(gè)重要課題之一。本論文以日本某公司最新冷卻技術(shù)為依托,針對(duì)計(jì)算機(jī)芯片的冷卻散熱展開了一系列的實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)三種不同形式的散熱器(鋁質(zhì)散熱器、熱管散熱器、平板熱管散熱器)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬,并對(duì)散熱器底面進(jìn)行了傳熱效果優(yōu)化分析,通過提高散熱器底面的熱擴(kuò)散能力改善散熱效率,提高冷卻能力。 本文根據(jù)芯片散熱的實(shí)際應(yīng)用背景,確定了CPU冷卻方案,建立了計(jì)算機(jī)CPU模擬熱源的物理模型。并根據(jù)設(shè)計(jì)方案搭建了“高熱流密度器件散熱性能研究實(shí)驗(yàn)臺(tái)”,對(duì)幾種類型的電子器件散熱器進(jìn)行了不同加熱功率和風(fēng)速條件下的散熱性能測(cè)試,獲得了不同工況下電子器件散熱器的性能參數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)其中三種散熱器的散熱冷卻特性進(jìn)行了比較分析。包括CPU模擬熱源變化、散熱器擴(kuò)散熱阻、散熱熱阻、當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)以及風(fēng)壓受風(fēng)量條件變化的影響。同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合出U型熱管散熱器和平板型熱管散熱器的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)及風(fēng)壓的求解解析式。 在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,通過應(yīng)用FLUNENT、ICEPAK等計(jì)算軟件依據(jù)實(shí)際散熱器為物理模型,進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,確定邊界條件對(duì)不同風(fēng)道流通狀況和傳熱性能進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算分析,由此對(duì)散熱器的散熱特性進(jìn)行定量化研究。為高熱流密度電子器件在不同發(fā)熱功率、不同換熱環(huán)境等條件下,熱管散熱器的選擇或冷卻方案提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)依據(jù)。為了對(duì)數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,用熱像儀獲取散熱器溫度分布的紅外圖像進(jìn)行了對(duì)比,證實(shí)計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試基本吻合,驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法的可靠性。本文最后對(duì)熱管散熱器底面導(dǎo)熱情況進(jìn)行了優(yōu)化分析。通過改變導(dǎo)熱系數(shù)以及擴(kuò)大模擬芯片尺寸等來進(jìn)一步改善CPU冷卻散熱器的散熱效果,得到了一些有價(jià)值的結(jié)論,這對(duì)高熱流密度電子器件強(qiáng)化換熱技術(shù)有一定的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：天津商業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：TP303.2
【部分圖文】：

溫度(℃)圖1一2溫度與能量的關(guān)系曲線[91從圖1一2分析可以看出能耗與芯片溫度有直接的聯(lián)系�；胢等t’”」提出了在恒定溫度下能量耗散變化情況的機(jī)理。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)在較高芯片溫度下，總能量中會(huì)有一半甚至更多的能量被當(dāng)作熱量耗散掉，可見泄漏的能量與溫度呈指數(shù)關(guān)系遞增，同時(shí)可見降低芯片溫度對(duì)減小能量消耗的作用也非常明顯。對(duì)比ultrasP從e64v[川(gonm，2一6oHz)和

熱管剖面圖

式中腳一僵“肋”“料和流”“性函”。(2一12d)由圖2一3得知，其邊界條件為:二0，t二to=l，dt/dx二0XXlr.亡、se、按照邊界條件所得的肋片溫度分布情況為:t一今to一今ch[m(l一x)〕eh(ml)(2一13)
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 陸佩強(qiáng);諸凱;劉建林;楊愛;田金穎;;用于電子器件冷卻的熱管散熱器實(shí)驗(yàn)研究與優(yōu)化數(shù)值模擬[J];低溫工程;2010年03期

2 諸凱;李媛媛;陸佩強(qiáng);;用于高熱流密度器件冷卻的熱管散熱器實(shí)驗(yàn)研究[J];低溫與超導(dǎo);2011年01期

3 王業(yè)峰;白軍;梁雪;;牽引變流器中IGBT的水冷實(shí)驗(yàn)研究[J];甘肅科技;2011年23期

4 張瑩;諸凱;;翅片中帶有熱管的散熱器數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究[J];低溫與超導(dǎo);2013年02期

5 張瑩;諸凱;梁雨迎;;用于大型服務(wù)器CPU冷卻的散熱器性能研究[J];流體機(jī)械;2012年12期

6 田金穎;牛建會(huì);;新型熱管電子器件散熱器的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬[J];制冷;2010年02期

本文編號(hào)：2889797