高热流密度芯片微通道散热与喷淋散热技术研究

摘要

近年来，随着微纳电子技术的快速发展，使得芯片的集成度越来越高，随之所产生的热问题也越来越明显。如何解决高热流密度芯片所面临的散热是一个亟待解决的问题，传统的强迫对流换热，热管换热均不能满足散热要求。而微通道换热，射流冲击冷却，喷雾换热均作为紧凑，高效的传热方案成为研究的热门。
　　本文主要以对激光器件所产生的高热流密度进行散热为目的，基于上述三种方法的散热冷却进行预前研究，旨在为进一步实验方案提供理论基础。
　　对微通道冷却分析部分采用floworks软件，对比分析了传统微通道冷却，带分歧管的微通道冷却，和随形而建的带分歧管的V型槽微通道冷却结构，得出采用带分歧管的V型结构微通道冷却结构能有效降低热源表面温度的梯度，并降低最高表面温度。同时对影响V型槽微通道散热重要参数冷却工质流速，肋片占空比，微通道宽度进行了分析，并改善了分歧管的进出口位置，使得热源表面的温度分布更加均匀。
　　采用Fluent欧拉多相流摸拟了射流冲击冷却，分析研究冷却工质冲击速度，重力加速度方向，喷嘴高度，射流束直径，多孔射流，浸泡式射流冲击进行了研究，在此基础上，旨在选出最佳的结构参数，使其能散热能力达到500w/cm2。
　　喷雾冷却中雾滴模拟采用离散相模型，重点关注喷嘴特性参数包括雾滴质量流量，平均雾滴直径，喷雾散射角对散热的影响，并对喷雾与热源表面的距离，冷却工质温度对热流率的影响作了分析。最后对喷雾冷却中对散热影响最大的液膜层进行了研究分析，采用VOF模型摸拟了雾滴和液膜层撞击过程，并在液膜层中增加沸腾气泡，结果表明液滴撞击时和气泡破裂时对均能提高热源表面的热流率。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 前言

1.2 常用的热冷却技术

1.3 冷却技术国内外发展概况及研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第二章 基于微通道结构冷却技术研究

2.1 基于MESM工艺的微通道器件结构

2.2 基于微通道液冷的传热方式

2.3 微通道结构特征分析

3.4 本章小结

第三章 基于V型槽微通道结构参数研究及数值分析

3.1 微通道截面结构和加工工艺

3.2 微通道结构参数和水流流速对散热的影响分析

3.4 改变分歧管水流出入口位置对散热的影响分析

3.5 本章小结

第四章 射流冲击冷却技术研究分析

4.1 射流冷却技术

4.2 射流冷却的欧拉模型数值模拟

4.3 射流冷却冲击结构参数分析

4.4 本章小结

第五章 喷雾冷却技术研究分析

5.1 喷雾冷却技术

5.2 喷雾冷却离散相数值模拟分析

5.3 喷雾冷却的散热分析研究

5.4 热源表面液膜层的分析研究

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 展望与未来

致谢

参考文献

攻读硕士期间所取得的研究成果