Теплофізичне моделювання мікроканальних систем терморегулювання електронних пристроїв - Автореферат

ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ХОЛОДУ АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукЗахист дисертації відбудеться 10 березня 2005 р. о 13.30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.41.087.01 в Одеській державній академії холоду за адресою: вул. Компютерне моделювання полів швидкостей, тисків і температур в мікро-і макроканалах для різних типів неоднорідної поверхні (регулярної, випадкової і фрактальної) продемонструвало подібність процесів перенесення імпульсу за однакових граничних умов. Класичні співвідношення для коефіцієнтів тепловіддачі і гідравлічних опорів при течіях в звичайних каналах, в основному, залишаються справедливими і для мікроканалів, якщо коректно сформульовані граничні умови і геометричні обмеження. Аналіз результатів розподілу тиску при течії робочих тіл в мікроканалах дозволив приблизно оцінити межі застосування співвідношень Хагена-Пуазейля, які стають некоректними при відносинах висоти елементу неоднорідності до висоти каналу h/H > 0,5. Порівняльний аналіз ефективності систем охолоджування на основі мереж мікроканалів з двофазними робочими тілами показав, що теплотехнічна ефективність систем газ - газ з ізольованими і розділеними зонами практично однакова.Сучасні тенденції в розвитку нових інформаційних технологій зумовили появу компактних і мініатюрних електронних пристроїв з потужнішими і ефективнішими енергетичними показниками, що вимагає розробки і створення принципово нових систем тепловідведення, які безпосередньо інтегровані в електронні пристрої та спроможні забезпечити мінімальні термічні опори між джерелами і стоками теплоти. Найбільш перспективними напрямами в створенні нових систем охолоджування, яким відводиться центральна роль при проектуванні перспективних мікроелектронних систем, є двофазне охолоджування, охолоджування зрошенням і методи, що базуються на досягненнях техніки мікроелектромеханічних систем (MEMS) - мікроканальне охолоджування і випаровування ультратонких плівок. Сумісне застосування компютерно-орієнтованих моделей балансу маси, енергії і імпульсу разом з концепцією паралельного проектування (concurrent engineering) виробу в цілому є принципово важливим кроком для аналізу теплових явищ в електронних системах і робить актуальними дослідження в галузі розробки нових підходів до управління тепловими потоками високої густини енергії у високоефективних мікроелектронних системах. Робота виконувалася відповідно до державної науково-технічної програми розвитку найбільш конкурентноздатних напрямів мікроелектроніки в Україні, Координаційного плану НАН України за проблемою „Теплофізика і теплоенергетика”, а також в межах виконання держбюджетних робіт “Створення термоелектричних охолоджувачів для потужних гранично-локалізованих джерел теплоти” (№ держ. реєстрації: 0103U001586 ). Мета дослідження полягає в розробці теплофізичних моделей відведення теплоти від джерел високої густини енергії, які інтегровані у високоефективні мікроелектронні системи, на основі створення фрактальних мереж мікроканалів для відведення теплоти, що імітують природні транспортні артерії з мінімальними термічними і механічними опорами. імпульс тиск швидкість макроканалНайперспективнішим напрямом в задачах охолоджування електронної апаратури є концепція мініатюризації, оскільки швидкості тепло-і масообміну збільшуються пропорційно квадрату зворотної характеристичної довжини тепловідводних шляхів, тобто зменшення розміру охолоджуючої системи зумовлює значну інтенсифікацію процесів тепловідведення без збільшення габаритів електронного виробу в цілому. В той же час зменшення розмірів не може відбуватися нескінченно, оскільки надмірні втрати тиску, поява паразитних теплових мостів викликають природні обмеження на зменшення розмірів таких систем. У недавніх роботах Herwig і Hausner (2003) висловлюється точка зору, що майже всі дослідження, в яких знайдені нові ефекти при течії в мікроканалах, є помилковими і цілком можуть бути пояснені класичними результатами для макроканалів, якщо правильно виконати масштабування відповідних рівнянь. Структура транспортних потоків системи, яка нарешті формується, є результатом виконання наступних вимог (Bejan, 2001): · при заданій геометрії шляхів транспорту маси, імпульсу і енергії повинно бути забезпечено мінімальний опір потокам будь-якої природи; Теплота, що генерується джерелом заданої геометричної конфігурації, передається кондуктивним потоком всередину пластини, яка потім розсіює теплоту в навколишнє середовище шляхом конвективного переносу.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ ВИКЛАДЕНО В ТАКИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Бирюков О.К., Никитин Д.Н., Крицкий В.И. Теплообменные аппараты на испарительных термосифонах // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов “Молодые ученые в решении комплексной программы научно-технического прогресса стран-членов СЭВ”, Киев, 19-22 апреля, 1989г., с.95.

2. Никитин Д.Н., Бирюков О.К. Математическое моделирование теплообменных аппаратов со сложной схемой движения теплоносителей // Тезисы докладов международной научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов “Молодые ученые в решении комплексной программы научно-технического прогресса стран-членов СЭВ”, Киев, 19-22 апреля, 1989г., с.96-97.

3. Косой Б.В., Никитин Д.Н. Терморегулирование тепловых потоков высокой плотности сетевыми системами охлаждения // Холодильная техника и технология, -2003.- №6, с.13 - 18.

4. Nikitin D. N. Fractal Simulation of Cooling Effects in Mesoporous Structures, Proceedings of International Conference on Applications of Porous Media (ICAPM 2004), Evora, Portugal.- 2004.- pp. 443 - 447.

5. Kosoy, B.V. and Nikitin, D.N. Modeling of Miniature Two-Phase Thermal Control Systems, 5-th Minsk International Forum on Heat and Mass Transfer, 2004.

6. Никитин Д.Н. Моделирование течения рабочих тел в кремниевых микроканалах // Холодильна техніка і технологія. - 2004. - №91, с.65-72.

7. Никитин Д.Н. 3D-моделирование неоднородности поверхности при течении в микроканалах. // Тези доповідей II Міжнародного семінару "Інформаційні системи і технології". Одеса.- 2004, с.34-38.

8. Никитин Д.Н., Косой Б.В. Моделирование температурных полей в кремниевых микроканалах, // Холодильная техника и технология. - 2004.- №92, с.59-64.

9. Косой Б.В., Никитин Д.Н., Смирнов Г.Ф. Теплотехнический анализ и практические рекомендации по применению теплообменников с локальными и сетевыми испарительными микроканалами, // Промышленная теплотехника. - 2005. - №1.

10. Косой Б.В., Никитин Д.Н. Системы распределения теплоты на основе микротепловых трубок, Матеріали Всеукраїнській науково-практичній конференції „Енергетика, енергозбереження, енергосервіс”. Одеса. - 2004. - с.34-38.

Размещено на .ru