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基本信息

項目名稱：
高熱流密度期間的冷卻研究
小類：
能源化工
簡介：
針對大型計算機(jī)服務(wù)器CPU的熱控制所采用的三種熱管式翅片散熱器進(jìn)行了熱擴(kuò)散特性實驗研究和計算。主要研究了熱管不同排布方式的散熱器對CPU冷卻的效果。包括：三種熱擴(kuò)散板冷卻溫度的比較、散熱器總熱阻的計算以及熱擴(kuò)散板面積優(yōu)化分析等。研究結(jié)果認(rèn)為，熱管合理的排布可以有效改善散熱器底板材質(zhì)的熱擴(kuò)散性能，同時散熱器底板最佳面積比的優(yōu)化設(shè)計可以明顯改善換熱效果。
詳細(xì)介紹：
本課題對高性能散熱器的應(yīng)用進(jìn)行研究，包括對不同形式熱管排布方式、散熱器底板材料、翅片材料對散熱效果的影響等，通過實驗和計算得到不同散熱器的擴(kuò)散熱阻、總熱阻及當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)，由此評價散熱器的熱擴(kuò)散性能。對CPU芯片發(fā)熱的不均勻性、溫度分布特點(diǎn)和能耗等原因，并找到解決該問題的方法。由于CPU與散熱器底板的面積相差很大，熱量不能均勻快速的傳導(dǎo)到整個散熱器底部，影響散熱器的散熱效果。如何將熱量較均勻的傳導(dǎo)至散熱器底板是需要解決的問題之一。另一個需要解決的問題是，如何提供良好的散熱條件使不同結(jié)構(gòu)方式的散熱器產(chǎn)生最優(yōu)的散熱效果。本課題將對上述問題進(jìn)行深入細(xì)致的研究。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

本課題將以解決高熱流密度器件例如CPU的散熱問題為目的，對CPU熱控制問題，包括對散熱能力、新型熱結(jié)合層材料、熱擴(kuò)散板以及提高散熱器風(fēng)冷散熱等方面進(jìn)行研究。在優(yōu)化CPU散熱結(jié)構(gòu)的同時，采用新的冷卻技術(shù)方法進(jìn)行熱控制，為高性能熱管式翅片散熱器在大型計算機(jī)服務(wù)器的應(yīng)用提供可靠的實驗依據(jù)。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

1.對大型計算機(jī)CPU的散熱冷卻技術(shù)進(jìn)行研究，通過實驗優(yōu)化熱擴(kuò)散板面積，找到擴(kuò)散板與熱源的最佳面積比。 2. 不同熱管排布方式的散熱效果。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

在優(yōu)化CPU散熱結(jié)構(gòu)的同時，采用新的冷卻技術(shù)方法進(jìn)行熱控制，為高性能熱管式翅片散熱器在大型計算機(jī)服務(wù)器的應(yīng)用提供可靠的實驗依據(jù)。

學(xué)術(shù)論文摘要

針對大型計算機(jī)服務(wù)器CPU的熱控制，對三種不同熱管排布方式進(jìn)行了熱擴(kuò)散特性實驗研究和計算。其中包括：CPU熱擴(kuò)散板冷卻溫度的比較、散熱器總熱阻的計算分析以及熱擴(kuò)散板與散熱器底板的最優(yōu)面積比等。實驗研究表明：采用非對稱U型和“工”型熱管散熱器，在最大熱流密度為74.3W/cm2 時可以保證芯片正常工作；熱管合理的排布以及設(shè)計熱擴(kuò)散板與熱管散熱器底板的最佳面積比可以有效改善散熱器 底板材質(zhì)的導(dǎo)熱性能。研究結(jié)果對于大型計算機(jī)服務(wù)器芯片的熱控制提供科學(xué)的理論依據(jù)。

獲獎情況

“高性能熱管散熱器的實驗研究與數(shù)值模擬”該論文發(fā)表在專業(yè)核心期刊“工程熱物理學(xué)報”2010年第7期刊登（定為3印刷頁）

鑒定結(jié)果

校級二等獎

參考文獻(xiàn)

[1] Viswannath R，Nair R，Wakharkar V，et al. Emerging directions for packaging technologies. Intel Technology Journal，2002（6）:61~74 [2] 李騰，劉靜.芯片冷卻技術(shù)的最新研究進(jìn)展及其評價[J]. 制冷學(xué)報,2004,25(3):22～32 Li Teng，Liu Jing. Latest Research Advancement and Assessment of Chip Cooling Techniques. Refrigeration Journal, 2004,25(3): 22～32 [3] 劉思光，趙會霞，馬國遠(yuǎn)等. 計算機(jī)中央處理器液體自循環(huán)散熱器的試驗研究[J]. 制冷與空調(diào)，2005，5（5）:85～88 Liu Si-guang,Zhao Hui-xia,Ma Guo-yuan,et al. Experimental Study on Liquid Self-circulaation Radiator for Central Processing unit. Refrigeration and Air Conditioning, 2005,5(5):85～88

同類課題研究水平概述

國外一些科研機(jī)構(gòu)很早就著手熱管散熱器的研發(fā)工作,在純銅或純鋁散熱器內(nèi)嵌入熱管的形式結(jié)構(gòu),在理論研究方面,霍華德研究了布置有熱管的半導(dǎo)體基板冷卻系統(tǒng).同年,日本的Furukawa電子公司推出了直徑3mm的圓形熱管,依賴于散熱器的底面積和底座厚度,平板熱管比固體銅板可以有更低或更高的熱阻.國內(nèi)已經(jīng)也有RM系列自然模塊熱管散熱器,RK系列強(qiáng)制風(fēng)冷模塊散熱器,并且發(fā)布了一些相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),但國內(nèi)熱管在電子電器設(shè)備中的應(yīng)用主要集中在大功率電氣設(shè)備的散熱冷卻方面,在微電子設(shè)備中的應(yīng)用仍十分薄弱. 理論和實驗研究均表明熱管散熱器具有非常好的傳熱性能,尤其是大型CPU芯片的散熱冷卻方面有著不可替代的優(yōu)勢.
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