冷板内阵列喷射冲击冷却结构设计及其换热特性研究

摘要

为提高计算机的性能,CPU一直向着高频化、集成化和小型化的方向发展,但由此产生的高热流密度散热问题已经成为其进一步发展的一大障碍。液体喷射冲击冷却能够在局部产生极强的对流换热效果,所以被认为是解决高热流密度散热问题最有效的技术之一。但这种技术在电子设备冷却领域的应用上还存在着喷射方向尺寸较大和不易密封的结构问题。此外,由于液体喷射冲击冷却的换热机理复杂,目前还没有建立完善的理论体系。为此,本文提出了一种新型液体喷射冲击冷却结构,并通过实验与仿真研究,分析了不同实验因素对其换热特性的影响,探讨了其换热机理,确定了其相对最优结构参数组合。
　　通过将喷射冲击冷却结构与液冷技术中常用的冷板结构相融合,在冷板内部设计了一种阵列喷射冲击冷却结构,利用区间内等间隔、区间间变间隔的因素选择方法,结合喷射速度与喷射阻力的计算结果,合理地确定了冷板的实验因素水平,并按照减少冷板堵塞与泄漏的原则,对冷板进行了分层设计。
　　为实验研究不同因素对冷板内阵列喷射冲击冷却结构换热特性的影响,设计了一个由流体循环子系统、模拟芯片发热子系统和数据采集子系统构成的实验系统,并根据实验系统所采集的物理量,设计了合理的实验数据处理方法。
　　通过对实验结果的分析,证明了冷板内阵列喷射冲击冷却结构可以极大地提高冷板的散热性能,得出了喷射孔径、喷射距离、喷射速度和散热功率等因素对该结构对流换热能力和阻力的影响规律,探讨了各因素对该结构换热特性产生影响的原因,确定了喷射结构的相对最优结构参数。
　　通过分析仿真结果,并与实验结果相对比,确定了相对最优湍流模型,得出了冷板温度、水流压力和对流换热系数的分布情况,以及冷板温度和水流压力沿喷射方向的变化情况,探讨了上述物理量分布和变化产生的原因,并从喷射结构内部研究了喷射结构的换热原理和喷射距离对喷射结构换热特性的影响机理。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2液体喷射冲击冷却国内外研究现状

1.3主要研究内容

第2章 冷板内阵列喷射冲击冷却结构设计

2.1引言

2.2冷板内阵列喷射冲击冷却结构形式设计

2.3冷板内阵列喷射冲击冷却结构参数设计

2.4喷射冷板的关键加工工艺设计

2.5本章小结

第3章 冷板内阵列喷射冲击冷却实验设计

3.1引言

3.2实验系统设计

3.3实验数据处理方法

3.4本章小结

第4章 冷板内阵列喷射冲击冷却实验结果分析

4.1引言

4.2喷射冷板与普通冷板性能对比分析

4.3不同喷射孔径喷射冷板实验结果分析

4.4不同喷射距离喷射冷板实验结果分析

4.5喷射冷板散热均匀性分析

4.6本章小结

第5章 冷板内阵列喷射冲击冷却仿真研究

5.1引言

5.2喷射冲击冷却仿真模型的建立

5.3不同湍流模型仿真结果与实验结果对比

5.4仿真结果分析

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

声明

致谢