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基于内嵌式微通道芯片散热结构设计研究综述
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作者 熊园园 刘沛 +2 位作者 付予 焦斌斌 芮二明 《集成电路与嵌入式系统》 2024年第7期12-18,共7页
电子芯片/系统的尺寸微型化、功能复合化导致了其功率密度的增大,伴随着发热也越来越严重,如何应对电子芯片/系统逐渐增加的热流密度,成为散热设计中面临的巨大挑战,也是当前研究的热点。本文详细论述了传统散热技术的优缺点,对国内外... 电子芯片/系统的尺寸微型化、功能复合化导致了其功率密度的增大,伴随着发热也越来越严重,如何应对电子芯片/系统逐渐增加的热流密度,成为散热设计中面临的巨大挑战,也是当前研究的热点。本文详细论述了传统散热技术的优缺点,对国内外正在开展的内嵌式微通道散热结构进行了系统分析,并着重对基于内嵌式微通道芯片散热技术原理、散热性能和创新性解决方案进行了归纳总结。在分析当前国内外解决方案的基础上,总结了基于内嵌式微通道的芯片散热设计经验和结论,以及面临的挑战,基于此给出了芯片散热设计研究现状和发展方向。 展开更多
关键词 芯片散热 内嵌式微通道 热流密度 散热结构 分层复杂歧管
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复合纳米流体在歧管微通道内的流动传热数值模拟
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作者 董辉 于珂凡 +1 位作者 赵亮 王进 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期960-966,共7页
对歧管微通道散热器中复合纳米流体的流动与传热特性进行数值模拟.以水基Al_(2)O_(3)-CuO复合纳米流体为工质,探讨纳米颗粒混合比例、体积分数(φ)、雷诺数(Re)以及引入凹槽对散热器流动换热的影响.结果表明,复合纳米流体在较高的体积... 对歧管微通道散热器中复合纳米流体的流动与传热特性进行数值模拟.以水基Al_(2)O_(3)-CuO复合纳米流体为工质,探讨纳米颗粒混合比例、体积分数(φ)、雷诺数(Re)以及引入凹槽对散热器流动换热的影响.结果表明,复合纳米流体在较高的体积分数和雷诺数下具有较好的热力学性能,但相应的压降也会增大.混合比例1∶4的复合纳米流体整体性能最优,在Re=100,φ=6%时,泵功消耗比单一的水基Al_(2)O_(3)纳米流体降低18.9%,综合性能指标提高21.7%.在歧管微通道的侧壁上添加不同形状的凹槽与光滑歧管微通道的换热效果基本相当. 展开更多
关键词 歧管微通道散热器 复合纳米流体 凹槽结构 流动与传热
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高深宽比粘接式歧管微通道换热器性能研究
3
作者 马佳伟 叶斌 +1 位作者 张忠政 高才 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第10期1321-1327,共7页
半导体和其他微尺度电子技术的迅速发展导致芯片功率密度急剧增加,而功率的增加使电子设备的散热面临严峻挑战,微通道换热器则可以有效解决电子设备的散热问题。文章设计了一种微通道深宽比(aspect ratio,AR)高达10.5且单个歧管微通道... 半导体和其他微尺度电子技术的迅速发展导致芯片功率密度急剧增加,而功率的增加使电子设备的散热面临严峻挑战,微通道换热器则可以有效解决电子设备的散热问题。文章设计了一种微通道深宽比(aspect ratio,AR)高达10.5且单个歧管微通道换热器尺寸为13.00 mm×12.00 mm×0.88 mm的粘接式歧管微通道换热器,并从热点温度、热阻、系统压降3个方面评估换热器冷却模块的热工性能和水力性能。研究结果表明,当以去离子水为工作介质且水的体积流量为150 mL/min时,换热器在芯片温度为82.1℃、总热阻为0.052 cm^(2)·K/W、压降为260 kPa时,散热高达1200 W/cm^(2)。该研究为使用单相水来冷却高热通量的电力电子设备提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 微通道换热器 歧管结构 粘接式 芯片冷却 高热流密度
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歧管微通道热沉研究进展与展望
4
作者 朱迅仪 陈超伟 +1 位作者 张井志 辛公明 《制冷学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期15-33,共19页
随着电子设备的快速发展,其功率及热流密度急剧增加,对热管理的要求也越来越高。近年来出现了很多新兴的电子设备热管理技术,其中歧管微通道热沉由于其高散热能力、低压降损失以及高可靠性等优势被认为是最具前景的电子设备冷却技术之... 随着电子设备的快速发展,其功率及热流密度急剧增加,对热管理的要求也越来越高。近年来出现了很多新兴的电子设备热管理技术,其中歧管微通道热沉由于其高散热能力、低压降损失以及高可靠性等优势被认为是最具前景的电子设备冷却技术之一。基于此,本文介绍了歧管微通道热沉的散热原理及优势,对几何参数、结构优化等方面的相关研究进行了回顾,并对其未来发展进行了展望。 展开更多
关键词 电子设备冷却 液冷技术 歧管微通道 优化
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嵌入式微通道散热器实验与数值研究
5
作者 姜文涛 赵锐 程文龙 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期154-164,共11页
针对高热流密度固体激光器的散热问题,借助微机电系统(MEMS)技术,利用微通道/热源协同设计方法,换热器采用连续S型微通道,并利用歧管形成分层分段流动,研制出了一套微型紧凑的嵌入式歧管S型微通道散热器,并开展了实验研究。使用HFE-710... 针对高热流密度固体激光器的散热问题,借助微机电系统(MEMS)技术,利用微通道/热源协同设计方法,换热器采用连续S型微通道,并利用歧管形成分层分段流动,研制出了一套微型紧凑的嵌入式歧管S型微通道散热器,并开展了实验研究。使用HFE-7100作为冷却工质,在发热面局部最高温度小于100℃、平均温升小于45℃的情况下,两相时可带走625 W/cm2的热通量,相比传统的歧管矩形微通道散热器提高了12%,但流阻增大了约56%;利用数值模拟方法,通过改变S型的振幅和波长,根据发热面平均温度、换热面平均努塞尔数、压降和综合性能因子来评估S型微通道散热器的结构参数对其散热能力和流动阻力的影响,寻找S型微通道的最优结构设计参数组合。结果表明该散热器的综合性能因子在一个特定的S型形状下存在最佳值。 展开更多
关键词 微通道散热 S型微通道 歧管 换热实验 数值模拟
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岐管式微通道冷却热沉的三维数值优化 被引量:10
6
作者 夏国栋 刘青 +3 位作者 王敏 马晓雁 刘启明 马重芳 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期145-147,共3页
微尺度传热是近几年来发展起来的一种重要传热技术,广泛应用于高集成度的电子器件的冷却。大功率半导体激光器的热沉积是限制其性能发挥和功率进一步提高的瓶颈。本文研究的热沉用于冷却一种以半导体激光条阵列为泵浦的大功率激光器,其1... 微尺度传热是近几年来发展起来的一种重要传热技术,广泛应用于高集成度的电子器件的冷却。大功率半导体激光器的热沉积是限制其性能发挥和功率进一步提高的瓶颈。本文研究的热沉用于冷却一种以半导体激光条阵列为泵浦的大功率激光器,其10 mm×1 mm半导体激光条表面的热流密度高达400 W/cm2。本文对以无氧铜为材料、以水为冷却介质的微通道热沉的结构尺寸进行了优化设计。结果表明,热沉结构对热阻、泵功、半导体激光条表面温度分布有重要影响,其中微通道进出口宽度对泵功的影响最大。 展开更多
关键词 岐管式微通道热沉 二极管激光条 热阻
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表面活性剂添加对歧管式微通道阻力特性的影响 被引量:2
7
作者 刘启明 夏国栋 齐景智 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第11期2525-2530,共6页
歧管式微通道(MMC)热沉具有热阻小、结构紧凑、冷却液流量小、流速低、沿着流动方向温度分布均匀等优点,但其小尺寸所产生的较大压降却增加了泵功的损耗.本文研究了表面活性剂添加对其阻力特性的影响,实验选用了纯度为95%的阴离子表面... 歧管式微通道(MMC)热沉具有热阻小、结构紧凑、冷却液流量小、流速低、沿着流动方向温度分布均匀等优点,但其小尺寸所产生的较大压降却增加了泵功的损耗.本文研究了表面活性剂添加对其阻力特性的影响,实验选用了纯度为95%的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和纯度为98%的新型绿色非离子表面活性剂烷基多糖苷(APG)作为减阻添加剂,浓度分别为100和300mg·kg-1,结果表明阻力减小率与流速和温度有关.在层流区内减阻效果不是特别明显;但是当流体进入紊流区后阻力减小率开始明显增大,尤其是进入充分发展的紊流区后减阻效果大大加强.此外,温度的提升也可增加阻力减小率,但添加SDS后减阻效果的改善却不及APG.通过对两种不同类型表面活性剂的实验比较,发现温度较高时APG比SDS具有更佳的减阻效果. 展开更多
关键词 表面活性剂 减阻率 歧管式 微通道
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联箱形式对微通道热沉流动与传热性能的影响 被引量:8
8
作者 陆规 段远源 王晓东 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第2期345-354,共10页
建立了微通道热沉的三维数值模型,同时求解流体Navier-Stockes方程、能量方程和固体区域的导热方程,模型计算结果与文献报道实验数据吻合较好.设计了新型的微通道热沉,采用本文模型对其性能进行分析计算.通过在联箱内加入隔板,设计了1—... 建立了微通道热沉的三维数值模型,同时求解流体Navier-Stockes方程、能量方程和固体区域的导热方程,模型计算结果与文献报道实验数据吻合较好.设计了新型的微通道热沉,采用本文模型对其性能进行分析计算.通过在联箱内加入隔板,设计了1—6弯头新型联箱微通道热沉,通过提高每程流速和引入交替顺逆流动,降低微通道热沉的热阻并提高其均温特性,并与直通型和Z型联箱设计比较.在8种联箱设计中,蛇形弯头联箱的热阻和均温特性均优于Z型和直通联箱,即便增大Z型和直通联箱制冷剂供液泵功,其热阻和均温性也很难达到低泵功下蛇形弯头联箱的性能.蛇形弯头数大于4时,底部中心线温度分布曲线基本重合,再增大弯头数,对降低热阻和提高均温性均无明显贡献,同时会增加额外的泵功. 展开更多
关键词 微通道热沉 联箱 蛇形流场 均温性
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多孔鳍歧管微通道流动传热特性研究 被引量:4
9
作者 陈超伟 王鑫煜 辛公明 《制冷学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期62-70,共9页
微通道技术是芯片冷却最具前景的技术之一。本文采用数值模拟的方法对比分析了不同孔隙率(ε=0.2~0.8、ε-rise和ε-drop)多孔鳍歧管微通道流动传热特性。结果表明:多孔鳍可以显著降低歧管微通道流动阻力,最高超过20%。但随着入口速度增... 微通道技术是芯片冷却最具前景的技术之一。本文采用数值模拟的方法对比分析了不同孔隙率(ε=0.2~0.8、ε-rise和ε-drop)多孔鳍歧管微通道流动传热特性。结果表明:多孔鳍可以显著降低歧管微通道流动阻力,最高超过20%。但随着入口速度增加,压降降低效果逐渐减弱。在研究的孔隙率变化范围内,ε=0.4和ε=0.6的多孔鳍歧管微通道综合性能更好。基于芯片最高温度评价,ε-rise案例相比ε=0.4案例热阻更低,压降更高;且随着入口速度增加,热阻优势得到强化,压降劣势逐渐缩小。与ε=0.4案例相比,ε-rise案例在压降仅高1.4%的情况下,热阻降低8%。 展开更多
关键词 电子设备冷却 歧管微通道 多孔介质 孔隙率 流动传热
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新型孔板歧管式微通道流动换热特性数值模拟 被引量:3
10
作者 甘甜 全晓军 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期59-63,74,共6页
对歧管式微通道进行改进和优化,提出一种新型的孔板歧管式微通道结构(OPMM),并通过数值模拟CFD分析比较微通道的深高比、进口流速对流动换热的影响。针对热点主要发生在四周位置而引起的温度不均匀性考虑,提出保证加热功率不变的情况下... 对歧管式微通道进行改进和优化,提出一种新型的孔板歧管式微通道结构(OPMM),并通过数值模拟CFD分析比较微通道的深高比、进口流速对流动换热的影响。针对热点主要发生在四周位置而引起的温度不均匀性考虑,提出保证加热功率不变的情况下缩减加热区域。结果表明:与传统结构比较,新型结构依靠顶部集管效应使得流体均匀分液,壁面温度均匀性有了较大提高。对两种热源布置方式进行比较发现缩减加热域减少了热点的发生。随着进口流速的增加3种横截面结构微通道换热系数均增加的同时压降也增大,横截面(高×宽)为150μm×40μm的换热效果最好但同时压降也最大。 展开更多
关键词 歧管式微通道 结构优化 数值模拟 换热 压降 温度均匀性
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微通道形状对自相似热沉综合性能的影响分析 被引量:1
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作者 王喆 孙立成 +2 位作者 刘洪涛 唐继国 鲍静静 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第B11期58-63,共6页
自相似微通道热沉(SSHS)作为一种新的换热结构设计,比一般的微通道热沉(MHS)具有更好的综合性能。前期工作通过将内部分流通道改为渐缩式斜坡结构,使内部流量分配不均受到了很大抑制。本文在此基础上,利用数值模拟方法进一步分析了微通... 自相似微通道热沉(SSHS)作为一种新的换热结构设计,比一般的微通道热沉(MHS)具有更好的综合性能。前期工作通过将内部分流通道改为渐缩式斜坡结构,使内部流量分配不均受到了很大抑制。本文在此基础上,利用数值模拟方法进一步分析了微通道(溢流通道)形状对SSHS流动及传热过程的影响。计算结果表明,原设计中溢流通道内存在较大的低流速区,导致了不均匀的换热过程;将矩形截面微通道改为梯形截面,可以减小溢流通道内低速区的流通面积,从而使微通道内的流动和换热过程更加均匀;进一步对比分析发现,随着溢流通道顶部宽度mw减小,低流速区域占比进一步减小,换热均匀性有所提高;该结构优化方案对流动阻力的影响较小,流量在0.18~1.8kg/h范围内,流动阻力增加平均不超过5%,但换热均匀性平均提高15%左右。 展开更多
关键词 自相似热沉 微通道 渐缩式分流通道 数值模拟 梯形 传热
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分级歧管微通道阵列散热器流动与散热特性研究 被引量:7
12
作者 谢文远 吕晓辰 +1 位作者 李龙 姚伟 《航天器工程》 CSCD 北大核心 2020年第4期99-107,共9页
针对航天器通信、激光、雷达等高功率载荷关键部件面临的高热流密度散热难题,开展分级歧管微通道阵列散热器研究。通过歧管结构引入射流效应并缩短散热通道长度,在保证高效散热的同时降低流动阻力。在10 mm×10 mm的硅芯片上使用微... 针对航天器通信、激光、雷达等高功率载荷关键部件面临的高热流密度散热难题,开展分级歧管微通道阵列散热器研究。通过歧管结构引入射流效应并缩短散热通道长度,在保证高效散热的同时降低流动阻力。在10 mm×10 mm的硅芯片上使用微机电系统(MEMS)工艺加工3×3阵列的微通道散热器,散热器中微通道宽度为40μm,深度分别为40μm,150μm,300μm。搭建试验装置并研究散热器的流动与散热特性,通过改变入口流率、通道深度及工质种类获得不同参数对歧管微通道散热器内单相流动和散热性能(即压降、温度分布及换热系数)的影响,并在压降小于40 kPa的条件下实现了超过平均450 W/m^2的散热能力。文章的研究成果可用于航天器高功率载荷的高效散热。 展开更多
关键词 微通道散热器 分级歧管结构 单相流动 换热系数
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嵌入式歧管微通道结构优化及性能研究
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作者 占化斌 韦佳伟 +3 位作者 陈建辉 郝奇 万昌韦 周一帆 《低温与超导》 CAS 北大核心 2024年第10期23-28,共6页
嵌入式歧管式微通道相比于传统微通道具有温度分布均匀、流速低、结构紧凑、压降小等优点,本文对嵌入式歧管微通道的不同微通道深度、歧管数、单行微通道数进行了数值模拟,发现在微通道深度130μm、歧管数为4、单行微通道数为43时表面... 嵌入式歧管式微通道相比于传统微通道具有温度分布均匀、流速低、结构紧凑、压降小等优点,本文对嵌入式歧管微通道的不同微通道深度、歧管数、单行微通道数进行了数值模拟,发现在微通道深度130μm、歧管数为4、单行微通道数为43时表面最高温度为46.96℃,出入口压降为50.23 kPa,实现对1500 W/cm^(2)超高热流密度热源的散热,具有最佳的综合传热性能。通过试验验证,相同结构散热器的试验结果与仿真分析差距在2%左右。 展开更多
关键词 歧管式 微通道 深度 压降 最高温度
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Performance analysis and optimization of free cooling strategies for a liquid-cooled data center 被引量:1
14
作者 Weinan Zhou Qin Sun +4 位作者 Weimin Luo Wei Xiao Pengfei Cui Wei Wu Kaijun Dong 《Building Simulation》 SCIE EI CSCD 2023年第8期1317-1330,共14页
The increasing power density of IT electronics and the enormous energy consumption of data centers lead to the urgent demand for efficient cooling technology.Due to its efficiency and safety,liquid-cooled heat sink te... The increasing power density of IT electronics and the enormous energy consumption of data centers lead to the urgent demand for efficient cooling technology.Due to its efficiency and safety,liquid-cooled heat sink technology may gradually replace air-cooled technology over time.With the ambient or higher water supply temperature,the liquid-cooled technology shortens the operating time of the chiller and improves its coefficient of performance,while the pump power consumption may increase for satisfying the constant cooling capacity.Therefore,it is significant to study the optimal water supply temperature to achieve energy-efficient operation of data centers.A virtual 30.1 kW data center is considered as the case,the liquid-cooled system is constructed with a combination of innovative manifold microchannel heat sink with oblique fins and indirect evaporative cooling technology to minimize energy consumption.A hybrid thermal management model integrating the heat dissipation model and the power consumption model is established by TRNSYS and FLUENT software.To the highest chip-safe operating temperature premise,the energy performance is analyzed under various water supply temperatures in Guangzhou.The result shows that only 21.5-hour mechanical cooling is needed with the 30℃server inlet temperature throughout the year.And the minimized power consumption occurs with the constant 29℃server inlet temperature.Moreover,the temperature adaptive control strategy(TACS)is adopted to test the cooling system power consumption under different regulation frequencies,and the by-week TACS can achieve another 11.5%energy saving than the minimum power consumption of the constant temperature control strategy. 展开更多
关键词 data center liquid cooling system manifold microchannel heat sink indirect evaporative cooling control strategy
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分流式微通道换热器的结构设计和性能优化 被引量:4
15
作者 马圣洁 江海河 程庭清 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1296-1303,共8页
为满足电子电路、燃料电池、激光器等精密仪器及器件的持续高效散热需求,本文设计了一种基于冲击流动的分流式正弦型微通道换热器,传热效率更高,压降损失更小,加工工艺更简单。本研究主要通过热–流–固耦合的数值模拟方法,对比了微通... 为满足电子电路、燃料电池、激光器等精密仪器及器件的持续高效散热需求,本文设计了一种基于冲击流动的分流式正弦型微通道换热器,传热效率更高,压降损失更小,加工工艺更简单。本研究主要通过热–流–固耦合的数值模拟方法,对比了微通道宽度、深度、形状及分流结构对换热器传热和流动特性的影响。模拟结果表明:带有8个分流通道的分流式正弦型微通道换热器的综合性能最好,微通道长、宽、深尺寸为30 mm×0.4 mm×2.5 mm,在冷却液流量为0.6 mL·s^(-1)时,总热阻为0.247℃·W^(-1)。在实际工作中,换热器总热阻为0.395?C·W^(-1),压降损失也较小,所得实验结果与模拟结果基本吻合,相比于预设计的换热器和大通道换热器,优化后的正弦型微通道换热器在传热和流动性能方面均获得了显著提升。 展开更多
关键词 分流式微通道 换热器 结构设计 数值模拟
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歧管式全金刚石微通道表面终端及换热性能
16
作者 冯旭瑞 韦欣怡 +5 位作者 张建军 郑宇亭 陈良贤 刘金龙 李成明 魏俊俊 《金属热处理》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期50-58,共9页
采用直流电弧等离子体喷射装置沉积金刚石膜,利用高能激光将其加工成Z型歧管式全金刚石微通道,对微通道进行氢等离子体处理、酸处理和氟等离子体处理后获得氢终端、氧终端和氟终端。通过搭建泵驱两相流体测试平台开展金刚石微通道换热... 采用直流电弧等离子体喷射装置沉积金刚石膜,利用高能激光将其加工成Z型歧管式全金刚石微通道,对微通道进行氢等离子体处理、酸处理和氟等离子体处理后获得氢终端、氧终端和氟终端。通过搭建泵驱两相流体测试平台开展金刚石微通道换热性能测试。研究发现,在恒定热流处理过程中,随运行时间增加,氢终端歧管式全金刚石微通道疏水性能快速降低;氧终端的亲水性能降低后趋于稳定;氟终端表面最为稳定,其疏水特性经初期轻微降低后保持恒定。同时,发现氧终端和氟终端的歧管式全金刚石微通道对沸腾初期换热以核态沸腾为主导,其核态为泡状流和弹状流。继续加热,大量气泡汇聚形成环形流,此时薄膜蒸发成为主导机制。疏水性的氟终端微通道会加速气泡成核,在流动沸腾状态下传热性能要大于氟终端。气泡过度的形成造成逆流的发生,氧终端微通道可以延缓逆流的发生,表现出更高的沸腾起始点和临界热流密度。而在沸腾状态氟终端微通道的传热系数高于氧终端,氟终端为更加适合的制备疏水性金刚石热沉的表面改性技术。 展开更多
关键词 歧管式 全金刚石微通道 终端稳定性 换热性能
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歧管式微通道热沉中过冷流动沸腾的数值模拟 被引量:3
17
作者 李蔚 骆洋 张井志 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第17期1752-1759,共8页
歧管式微通道(manifold microchannel, MMC)热沉散热技术是新兴的微尺度电子冷却技术,具有较高的散热潜力和应用前景.本文使用基于开源软件OpenFOAM编写的自编程求解器,对MMC热沉内过冷流动沸腾的过程进行数值模拟研究.与实验数据进行... 歧管式微通道(manifold microchannel, MMC)热沉散热技术是新兴的微尺度电子冷却技术,具有较高的散热潜力和应用前景.本文使用基于开源软件OpenFOAM编写的自编程求解器,对MMC热沉内过冷流动沸腾的过程进行数值模拟研究.与实验数据进行比对验证之后,对微通道热沉的通道宽度和翅片宽度变化带来的影响进行了初步探讨.结果表明,当通道和翅片的宽度相同时,尺寸越小,热沉加热面的平均温度越低,换热性能越好;但是当宽度过小时(小于15μm),热沉进出口总压降将随着宽度变小而大幅增加.当MMC热沉的通道总数保持不变时,增大微通道宽度,翅片宽度减小,加热面平均温度逐渐上升,进出口压降减小.与经过实验测试的热沉样品A相比,热沉C在牺牲少量换热性能的前提下,可以大幅度降低热沉进出口的压力损失. 展开更多
关键词 歧管式微通道热沉 过冷流动沸腾 数值模拟 OPENFOAM 强化换热
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