熱管散熱器散熱性能的實驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、隨著集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和MEMS技術(shù)的進步，電子元器件的總功率密度大幅度增長而物理尺寸卻越來越小，隨之熱流密度也極具增加，使得散熱問題日益突出。其中尤以計算機服務器中的CPU散熱突出。然而近年來，隨著各國對超級計算機的加緊研制，CPU的結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)由傳統(tǒng)的單一芯片向多核芯片發(fā)展，使得散熱問題更為嚴峻，已成為制約計算機產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)瓶頸之一。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)心的一個重要課題。熱管作

2、為一種高效傳熱元件，具有極高的導熱性、優(yōu)良的等溫性、高散熱效率和良好的環(huán)境適應性等特點，非常適合于小溫差高熱流密度條件下的散熱。將熱管技術(shù)應用于CPU的冷卻，已經(jīng)成為當前CPU散熱方式的發(fā)展趨勢。 本論文以日本某公司最新冷卻技術(shù)為依托，針對計算機芯片冷卻問題展開了一系列的數(shù)值模擬與實驗研究。首先對三種不同型式的熱管散熱器(對稱U型熱管散熱器、非對稱U型熱管散熱器、“工”型熱管散熱器)，利用專業(yè)散熱模擬軟件FLOTHERM對其散熱

3、特性進行了數(shù)值模擬分析，包括散熱器的溫度分布，熱管的溫度分布、風道內(nèi)的溫度分布、流場分布，壓力場分布等，并對熱擴散板進行了傳熱效果優(yōu)化分析，通過提高散熱器底面的熱擴散能力改善散熱效率，提高冷卻能力。通過分析發(fā)現(xiàn)，熱管的排列方式可影響散熱器的散熱效果，并進行了數(shù)值模擬分析。在原有熱管散熱器的基礎(chǔ)上，設(shè)計并模擬了一種新型熱管散熱器，通過與非對稱U型熱管散熱器的數(shù)據(jù)比較，發(fā)現(xiàn)這種將散熱器底板內(nèi)熱管延長并插入翅片中的散熱器可有效提高散熱性能。

4、 在本課題組自行搭建的“高熱流密度器件散熱性能研究實驗臺”上，對三種熱管散熱器進行了不同熱流密度和風速條件下的散熱性能實驗，獲得了不同工況下各種散熱器的性能參數(shù)。通過對數(shù)值模擬計算與實驗結(jié)果的比照，驗證了數(shù)值模擬的可靠性，并對三種熱管散熱器的散熱冷卻特性進行了比較分析。包括熱擴散板中心溫度、散熱器底板上、下表面溫度場分布、散熱器擴散熱阻、散熱總熱阻、當量對流換熱系數(shù)、壓降等。為了準確獲得散熱器上表面的溫度分布，利用熱像儀測取了散熱