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电子芯片冷却用微型膜式压缩机理论研究

杨娟  
【摘要】: 随着芯片集成度的不断提高,芯片冷却已成为影响计算机性能进一步提高的关键因素。解决芯片冷却问题的主要途径为发展新型冷却技术和微型蒸气压缩式制冷系统。从制冷量、可靠性以及价格等因素考虑,大力发展微型蒸气压缩制冷系统无疑是具有重大意义的。 蒸气压缩式微型制冷系统主要部件包括压缩机、蒸发器、冷凝器和节流装置。在制冷系统微型化中碰到的一个共性问题是需要有一个与制冷机构相匹配的微型压缩机。靠静电驱动的隔膜压缩机,以高效性、紧凑性和可伸缩性,为其应用于电子芯片冷却提供了保证。 本文首先对静电驱动的隔膜压缩机中所采用的聚酰亚胺膜膜片受力变形作了理论研究,采用大挠度薄壁变形理论,静态分析了压差变化与挠度和膜片受力之间的对应关系。用仿真软件模拟膜片的动态变化过程,进一步分析膜片运动性能。 本文的研究结果显示,采用静电力驱动的隔膜压缩机由于压升较低,当其应用于微型蒸气压缩式制冷系统时,工作特点十分接近于流体泵,且需要采用多个压缩机串联以达到合适的蒸发和冷凝压力。 采用微元段计算方法,建立了隔膜压缩机工作模型,在综合考虑其气体力和膜片弹力等因素的基础上,模拟压缩机工作过程,计算出驱动隔膜压缩机所需的最大电压值,并且对隔膜压缩机单元进行分布排列以满足制冷系统中制冷量和体积流量的双重需求,分析额定工况下压缩机中制冷剂的热力状况参数,并讨论非额定工况下其各个状态点热力参数的变化情况。


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