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《天津大学》 2012年
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流化冰在高热流密度芯片冷却中的应用研究

崔倚琳  
【摘要】:研究表明,芯片级的热流密度已经高达l00W/cm2,目前常规的芯片冷却方式已不能满足日益增长的高热流密度芯片的冷却要求,所以寻找高效低成本的冷却介质,并采用高效能的冷却输运方法已成为研究的热点。 本文将流化冰这种新型相变冷却介质应用于电子芯片的冷却中,主要进行了两部分内容的研究:(1)通过自行设计的冷却散热装置,进行了不同流量流化冰对芯片冷却效果影响的实验研究。(2)利用FLUENT软件模拟分析了导流板长度分别为55mm、60mm、70mm、80mm、85mm、90mm和93mm,流化冰溶液的质量流量分别为0.4kg/s、0.3kg/s和0.2kg/s时的冷却效果,考察了不同流化冰流量和流道尺寸对芯片冷却性能的影响,并分析了流道中流体的温度、速度和压力分布。在给定条件下,实验结果与模拟结果的规律一致,芯片表面稳定温度的实验值与模拟值的误差集中在2%—5%之间。 研究结果表明:(1)随着流化冰溶液流量的增大,冷却速率加快,芯片表面温度降低,相同条件下流化冰溶液的降温速率为0.7℃/s,明显高于其他冷却方式。(2)当流量一定时,芯片表面温度随导流板长度的增加而降低。导流板长度L在55mm、60mm和70mm区间内变化时降温效果较为平缓,达到80mm以上时产生剧烈降温效果。当L=90mm时,芯片表面温度稳定于29℃,且各测点间的最大温差由导流板长度为55mm时的13℃减小至1.1℃,继续增加L至93mm时,芯片表面温度降低,但是温度分布分层严重。因此,综合考虑降温效果与芯片表面温度分布的均匀性,导流板的长度应处于流道长度的83%-93%之间。(3)增大流化冰溶液的流量与导流板的长度对芯片冷却都有强化作用,但是流道内的压降也随之显著增大,相比于流道内的能量损失,芯片温度的降低代价过大,本文给出了流化冰流量、导流板长度及芯片表面温度相对最优值的选取方法。 总之,在实际应用中,应在保证系统对芯片进行有效降温且冰晶可以完全融化的前提下,合理设计影响系统性能的条件,使流化冰潜热巨大的优势得以最大程度的利用。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN405;TB64

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