Створення високоефективних засобів забезпечення теплових режимів перспективних пристроїв обчислювальної техніки. Основні шляхи конструктивної реалізації високоефективних пристроїв тепловідводу. Метод та засоби підвищення інтенсивності теплообміну.
Аннотация к работе
Світовою тенденцією розвитку пристроїв обчислювальної техніки і систем керування (ОТІК) є розширення їх функціональних можливостей та підвищення швидкодії, що призводить до збільшення споживаної потужності, значна частина якої виділяється в електронних компонентах у вигляді теплоти і призводить до підвищення їх температури, а це негативно впливає на надійність роботи ОТІК. Найбільш ефективні системи забезпечення теплових режимів (СЗТР) комплексів ОТІК, які розроблені в 1980-1990 рр. в колишньому СРСР (повітряно-водяні, водяні та кондуктивно-водяні, кодуктивно-випаровувальні та рідинно-випаровувальні), дозволяли відводити до 10...15 КВТ теплової потужності з однієї приладової шафи за рахунок прокачування охолоджуючої води по каналах теплообмінників, вбудованих у приладову шафу, включення до їх складу теплообмінників з компресорами й кондиціонерами та енергоємних холодильних установок. Тенденція до постійного збільшення кількості транзисторів на кристалі (1720 млн., 2006 р., процесор Inel Itanium IA-64 Montecito), зменшення розмірів електронних компонентів та збільшення їх кількості (212992 процесорів, 2007 р., суперкомпютер Blue Gene, IBM) обумовлює подальше зростання питомого тепловиділення електронних компонентів до 100 Вт/см2 та загального тепловиділення пристроїв ОТІК до 20...30 КВТ на одну приладову шафу, що гостро ставить проблему пошуку нових концептуальних підходів до організації тепловідводу та створення більш ефективних засобів забезпечення теплових режимів (ЗЗТР), які б дозволяли знизити термічний опір “електронний компонент-охолоджуюче середовище” і за рахунок цього значно збільшити кількість відведеної теплової потужності з однієї шафи (до 20...30 КВТ замість існуючих 10...15 КВТ) з мінімальним енергоспоживанням. Разом з тим проблемі наукового обґрунтування шляхів конструктивно-технологічної реалізації двофазних технологій в пристроях ОТІК на новій елементній базі, особливо з урахуванням специфіки їх конструктивної побудови, поки приділялось мало уваги, а відомі окремі дослідження в цьому напрямку не носять системного характеру, що стримує подальший розвиток перспективної ОТІК. Наукові дослідження та результати, які подані в дисертаційній роботі, тісно повязані з державними програмами, тематичними планами досліджень НТУУ “КПІ” та наступними темами: “Розробка, дослідження та виготовлення дослідної партії високоефективних теплових мікротруб для систем охолодження мікроелектронної апаратури”, 1999-2004 р.р., державний реєстраційний (ДР) № 0199U003336; “Розробка комбінованої системи охолодження мікроелектронних фотоприймальних пристроїв ІЧ-техніки”, 1999-2001 р.р., ДР № 0102U000310; “Підвищення надійності потужних надвисокочастотних модулів подвійного призначення в мікроелектронному виконанні”, 2006-2007 р.р., ДР № 0106U010077; “Розроблення інформаційної технології моделювання і розрахунку теплових режимів перспективних конструкцій теплонавантажених елементів та пристроїв засобів обчислювальної техніки та керування”, 2004-2006 р.р., ДР № 0104U003807, в яких здобувач виступав як один з наукових керівників та/або виконавців.З метою підвищення ефективності й довговічності роботи таких СЗТР та з метою розширення можливих комбінацій застосовуваних матеріалів корпуса, ґнота й теплоносія розроблено нові конструктивні рішення ТТ і ТС, що відрізняються від відомих виконанням усередині верхньої плити системи каналів, які утворюють резервуар для відводу НКГ та сполучені своїми кінцями з паровим простором ТТ (рис. Залежно від геометричних розмірів плити це може бути 3-4 канали, що практично не впливає на процес передачі теплоти теплопровідністю через плиту, оскільки тепловий потік обгинає канали із НКГ по сусідніх ділянках суцільного матеріалу плити. Експериментальні дослідження МТТ діаметром 2 і 4 мм (внутрішній діаметр 1,3 і 3 мм відповідно) з гнотом у вигляді джгутика з 60 мідних дротів діаметром 30 мкм (пористість 45 %) та МТТ діаметром 6 мм (внутрішній діаметр 5 мм) з металоволокнистою КС (МВКС) (товщина 0,5 мм, довжина волокон 3 мм, діаметр 30 мкм, пористість 90 %) довжиною від 50 до 250 мм та етанолом в якості теплоносія показали, що на їх теплопередавальні характеристики істотно впливають: діаметр парового простору, вид і параметри КС, орієнтація в просторі, а також загальна довжина МТТ. Експериментально на натурній моделі водоамічної ГРТТ із неіржавіючої сталі (довжина зон: випаровування - 95 мм, транспорту - 30 мм, конденсації - 200 мм, що включає резервуар довжиною 70 мм, діаметр ТТ - 24/22 мм, товщина КС - 0,8 мм, пористість - 61,5 %, обєм КС в резервуарі - 17 см3, пористість - 90 %, зазор між корпусом ТТ й розтікателем - 1,5 мм) встановлено, що при тепловому потоці більше 150 Вт термічний опір ГРТТ із розтікателем в 2...3 рази нижче, ніж у існуючих до цього ГРТТ. Одержані в результаті експериментального моделювання залежності перепаду температури по секції колекторної ТТ і максимальної температури стінки випаровувального каналу від теплового потоку в зоні нагріву показують, що, наприклад, при темпе