噴射流針肋水冷散熱器的流動傳熱及節(jié)能性研究

1、分類號：學校代碼：10069密級：研究生學號：201310140噴射流針肋水冷散熱器的流動傳熱及節(jié)能性研究噴射流針肋水冷散熱器的流動傳熱及節(jié)能性研究Studyonthermalhydraulicenergysavingperfmanceofpinfinheatsink研究生姓名：崔卓專業(yè)名稱：工程熱物理指導教師：諸凱教授論文提交日期：2017年5月學位授予單位：天津商業(yè)大學萬方數(shù)據(jù)I摘要隨著微電子器件、個人計算機系統(tǒng)和大型數(shù)據(jù)中心運算能

2、力的不斷提高，芯片工作頻率不斷上升，隨之帶來的芯片散熱問題越來越受到研究者們的重視。同時，隨著計算系統(tǒng)小型化、集成化的要求，又迫切需要減小散熱系統(tǒng)各部件的體積。在傳統(tǒng)風冷已無法滿足計算系統(tǒng)散熱要求的情況下，水冷系統(tǒng)已逐漸開始被應用到計算系統(tǒng)的散熱中。在水冷系統(tǒng)的研究中，散熱器結構的改進是其中重要的分支。如何通過結構的改進，在提高水冷散熱器的傳熱性能的同時，減小冷卻水在散熱器內部的流動阻力，是現(xiàn)階段水冷散熱器研究的核心問題。相比于板肋式水

3、冷散熱器，針肋式水冷散熱器的肋片結構比表面積更大，增加了散熱器的有效換熱面積。同時，針肋結構增強了內部流場的擾動性，提高了流體的對流換熱系數(shù)，因此使得散熱器的傳熱性能明顯提升。正是由于上述優(yōu)點，針肋式水冷散熱器的研究在近年來得到了廣泛的關注。在以往關于針肋式水冷散熱器的研究中，存在著以下不足：（1）對散熱器流動傳熱性能的研究以橫流式結構為主，關于噴射流式針肋水冷散熱器的研究較少；（2）對散熱器流動換熱性能以及節(jié)能效果進行評價時，很少考慮

4、到芯片工作狀態(tài)的動態(tài)變化對散熱器節(jié)能效果產生的影響。針對上述問題，本文的研究內容如下：設計并研制了三種不同針肋形狀的噴射流水冷散熱器，搭建了高熱流密度器件水冷散熱器性能檢測實驗臺，研究在不同的冷卻水流量和熱流密度下，針肋結構散熱器的熱阻以及芯片工作溫度的變化規(guī)律。分別選取努塞爾特數(shù)和摩擦系數(shù)作為散熱器傳熱和流動性能的評價指標，利用檢測的實驗數(shù)據(jù)擬合出不同針肋結構散熱器的努塞爾特數(shù)和摩擦系數(shù)的關聯(lián)式，對不同工況下散熱器的性能變化進行了研究

5、。對某小型數(shù)據(jù)中心中芯片動態(tài)運行規(guī)律進行了監(jiān)測，通過合理簡化后，得到了芯片發(fā)熱量的動態(tài)變化規(guī)律。而后，根據(jù)散熱器的流動傳熱性能和實際運行中芯片的工作狀態(tài)要求，得到了不同散熱器的動態(tài)節(jié)能效果隨芯片發(fā)熱量的變化規(guī)律。對散熱器傳熱性能的研究的結果表明：在低流量范圍內，流量改變對芯片工作溫度的影響作用更大。在不同流量下，正方形針肋結構表現(xiàn)出最佳的傳熱性能，且在低雷諾數(shù)下優(yōu)勢更加明顯。對散熱器流動性能的研究結果表明：由于通道截面積變化較為平緩，水