流化冰在高熱流密度芯片冷卻中的應(yīng)用研究.pdf

1、研究表明，芯片級(jí)的熱流密度已經(jīng)高達(dá)100W/cm2，目前常規(guī)的芯片冷卻方式已不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的高熱流密度芯片的冷卻要求，所以尋找高效低成本的冷卻介質(zhì)，并采用高效能的冷卻輸運(yùn)方法已成為研究的熱點(diǎn)。
　　 本文將流化冰這種新型相變冷卻介質(zhì)應(yīng)用于電子芯片的冷卻中，主要進(jìn)行了兩部分內(nèi)容的研究：(1)通過(guò)自行設(shè)計(jì)的冷卻散熱裝置，進(jìn)行了不同流量流化冰對(duì)芯片冷卻效果影響的實(shí)驗(yàn)研究。(2)利用FLUENT軟件模擬分析了導(dǎo)流板長(zhǎng)度分別為55mm、

2、60mm、70mm、80mm、85mm、90mm和93mm，流化冰溶液的質(zhì)量流量分別為0.4kg/s、0.3kg/s和0.2kg/s時(shí)的冷卻效果，考察了不同流化冰流量和流道尺寸對(duì)芯片冷卻性能的影響，并分析了流道中流體的溫度、速度和壓力分布。在給定條件下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果的規(guī)律一致，芯片表面穩(wěn)定溫度的實(shí)驗(yàn)值與模擬值的誤差集中在2％～5％之間。
　　 研究結(jié)果表明：(1)隨著流化冰溶液流量的增大，冷卻速率加快，芯片表面溫度降低，相

3、同條件下流化冰溶液的降溫速率為0.7℃/s，明顯高于其他冷卻方式。(2)當(dāng)流量一定時(shí)，芯片表面溫度隨導(dǎo)流板長(zhǎng)度的增加而降低。導(dǎo)流板長(zhǎng)度L在55mm、60mm和70mm區(qū)間內(nèi)變化時(shí)降溫效果較為平緩，達(dá)到80mm以上時(shí)產(chǎn)生劇烈降溫效果。當(dāng)L=90ram時(shí)，芯片表面溫度穩(wěn)定于29℃，且各測(cè)點(diǎn)間的最大溫差由導(dǎo)流板長(zhǎng)度為55mm時(shí)的13℃減小至1.1℃，繼續(xù)增加L至93mm時(shí)，芯片表面溫度降低，但是溫度分布分層嚴(yán)重。因此，綜合考慮降溫效果與芯片表

4、面溫度分布的均勻性，導(dǎo)流板的長(zhǎng)度應(yīng)處于流道長(zhǎng)度的83％-93％之間。(3)增大流化冰溶液的流量與導(dǎo)流板的長(zhǎng)度對(duì)芯片冷卻都有強(qiáng)化作用，但是流道內(nèi)的壓降也隨之顯著增大，相比于流道內(nèi)的能量損失，芯片溫度的降低代價(jià)過(guò)大，本文給出了流化冰流量、導(dǎo)流板長(zhǎng)度及芯片表面溫度相對(duì)最優(yōu)值的選取方法。
　　 總之，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在保證系統(tǒng)對(duì)芯片進(jìn)行有效降溫且冰晶可以完全融化的前提下，合理設(shè)計(jì)影響系統(tǒng)性能的條件，使流化冰潛熱巨大的優(yōu)勢(shì)得以最大程度的利