Nauja elektroninės įrangos šilumos išsklaidymo technologija
Laipsniškas elektroninės įrangos miniatiūrizavimas ir tikslumas sukėlė šilumos išsklaidymo problemą. Temperatūra turi didelę įtaką elektroninės įrangos veikimui. Kad elektroninis lustas veiktų stabiliai ir nuolat, maksimali temperatūra negali viršyti 85 ℃, kaip reikalaujama. Kiekvieną kartą, kai puslaidininkinio komponento temperatūra pakyla 10 ℃, sistemos patikimumas sumažės 50%. Remiantis statistika, daugiau nei 55% elektroninės įrangos gedimų sukelia per didelė temperatūra. Tradicinėje elektroninėje schemoje vėsinimui naudojamas tūris sudaro 98%, o tik 2% sunaudojama skaičiuojant, tačiau vis tiek sunku išspręsti esamą šilumos išsklaidymo problemą. Aukšta temperatūra turės žalingą poveikį elektroninės įrangos veikimui, o tie tradiciniai šilumos išsklaidymo metodai turi tam tikrų apribojimų. Todėl, siekiant užtikrinti elektroninės įrangos tarnavimo laiką ir efektyvų veikimą, skubiai reikia ištirti ir sukurti geresnius elektroninės įrangos šilumos išsklaidymo būdus.
01 Aušinimo technologija Tradicinis šilumos išsklaidymo būdas dažnai matomas mūsų kasdienybėje, nes dabartinė plėtra yra labai brandi ir principas paprastas, todėl čia to nekartosiu.
1.1 Aušinimas skysčiu
Skysčio aušinimo metu naudojamas skystis, praeinantis per šilumos šaltinį, kad pašalintų lusto generuojamą šilumą, be triukšmo ir pasižymi dideliu šilumos mainų pajėgumu. Toliau pateikiami keli aušinimo skysčiu metodai, kurie yra naujos technologijos, pagrįstos tradiciniu tiesioginiu aušinimo skysčiu plėtiniu.
1.1.1 Mikrokanalinis aušinimas
Mikrokanalinis aušinimas yra išgraviruoti kelis mikrometro lygio skysčio kanalus ant pagrindo po lustu, kad lusto šiluma būtų absorbuojama, kai skystis teka kanalu. Šis metodas apima vienfazį šilumos mainą ir dviejų fazių šilumos mainus. Tarp jų vienfazių šilumos mainų šiluminė talpa yra maža, šilumos mainų efektas yra silpnas, o temperatūra po aušinimo yra netolygi, todėl susidaro per didelis įtempis. Priešingai, dviejų fazių šilumos mainai turi didelę latentinę šilumą, šilumos mainų talpa yra didelė, temperatūra po aušinimo yra vienoda, nesukeliamas didelis stresas, o darbinio skysčio temperatūra nepakyla labai aukštai. Dviejų fazių šilumos perdavimas mikrokanalinio aušinimo metu yra dabartinis tyrimų taškas. Dviejų fazių šilumos perdavimo metu kaip darbinį skystį naudojant žemo slėgio šaltnešį, šilumos išsklaidymo pajėgumas gali siekti daugiau nei 300 W/cm2. Per eksperimentus Yu Zukang ir kt. gautos paviršiaus hidrofilinės savybės efektyviai pagerinti mikrokanalų šilumos perdavimo charakteristikas. Esant mažam šilumos srautui ir mažam įėjimo sausumui, superhidrofilinių paviršių vidutinis šilumos perdavimo koeficientas yra didžiausias, o tai yra 64 % didesnis nei įprastų lygių paviršių. Vidutinis hidrofilinio paviršiaus šilumos perdavimo koeficientas yra iki 27% didesnis nei įprasto lygaus paviršiaus; Esant dideliam šilumos srautui ir dideliam įėjimo sausumui, vidutinė superhidrofilinio paviršiaus šilumos perdavimo koeficiento vertė yra iki maždaug 80% didesnė nei įprasto lygaus paviršiaus. Hidrofilinis paviršius yra iki maždaug 50% didesnis nei įprastas lygus paviršius. 1 paveiksle parodyta mikrokanalinio aušinimo struktūra.
Kritinis šilumos srautas (CHF) yra vienas iš svarbių parametrų, turinčių įtakos mikrokanalų veikimui. Yuan Xudong ir kiti išsamiai supažindino su CHF tyrimų pažanga, išsamiai pristatė jos įtakos mechanizmą ir tobulinimo metodus, taip pat akademinėje bendruomenėje egzistuojantį CHF. Nuomonių skirtumai. Dėl mažo mikrokanalo dydžio pasipriešinimas kelyje yra labai didelis; jo struktūra taip pat turi didelę įtaką aušinimui, o tiesių ir lygiagrečių mikrokanalų naudojimas sukels didelį slėgio kritimą ir temperatūros gradientą. Jis turi daug privalumų. Kadangi kanalai yra išgraviruoti ir neužima daugiau vietos, mikrokanalinis aušinimas tampa efektyvesnis ir kompaktiškesnis, labiau tinka mažiems elektroniniams lustams. Paprastai manoma, kad dvisluoksnis mikro radiatorius gali patenkinti didėjančią naujos kartos elektroninės įrangos šilumos apkrovą. Xiaogang Liu ir kt. pasiūlė dviejų sluoksnių matricos struktūrą (DL-M) ir dviejų sluoksnių sujungimo matricos struktūrą (DL-IM) mikrokanalų struktūrą. Ir naudojant skaitmeninį modeliavimą, skirtą įvairioms radiatorių charakteristikoms tirti, įrodyta, kad jie turi geresnes šilumines charakteristikas.
Nors yra tam tikrų mikrokanalinio aušinimo trūkumų, jis gali išspręsti iškilusias problemas, o plėtra yra brandesnė. Nors CHF tyrimai turi skirtingų požiūrių, tai netrukdys vystytis mikrokanalų technologijai, o ateities plėtros kryptis bus labiau orientuota. Kaip pagerinti CHF, kad būtų pasiektas efektyvesnis mikrokanalinis aušinimas, toks šilumos išsklaidymo būdas taip pat taps populiaresnis.
1.1.2 Aušinimas purškiamuoju būdu Purškiamas aušinimas yra purškiamas skystis per antgalį, kad būtų suformuotas dviejų fazių dujų-skysčio purškimas į elektroninį įrenginį. Viena jo dalis sugeria šilumą ir išgaruoja, o dalį šilumos pasiima fazės pasikeitimas; kita dalis šilumos šaltinio paviršiuje suformuoja skysčio plėvelę, o šiluma seka skystį. Membranos srautas pašalinamas. Skystoje plėvelėje esančios nekondensuojančios dujos padidina šilumos mainų sutrikimus, o tai gali labai pagerinti elektroninės įrangos šilumos išsklaidymo pajėgumą. Purškiamojo aušinimo fazės kaitos šilumos srauto tankis gali siekti daugiau nei 1000 W/cm2. Lin ir kt. naudojo fluorangliavandenilį, metanolį ir vandenį kaip darbinius skysčius fazės kaitos šilumai. Maksimalus šilumos srauto tankis, gautas atliekant eksperimentus, buvo atitinkamai 90, 90 ir 90. 490, 500 W/cm2 ar daugiau. 2 paveiksle yra schematinė purškimo aušinimo schema.
Šis aušinimo būdas turi tam tikrų trūkumų, kuriuos reikia pašalinti. Purškiamas aušinimo metodas turi sudėtingą sistemą, didelius vietos poreikius ir jį sunku prižiūrėti. Dėl mažo skysčio srauto greičio, vienodo lustų temperatūros pasiskirstymo po aušinimo ir mažo įtempio purškiamas aušinimas laikomas gerą plėtros potencialą turinčiu elektroninių lustų šilumos išsklaidymo metodu. Šiuo metu, kadangi esamos problemos neišspręstos, jis gali būti naudojamas tik kariniuose ir aviacijos gaminiuose. Wang Gaoyuan ir kt. atliko purškiamojo aušinimo eksperimentus su R134a žemo slėgio sąlygomis ir nustatė, kad purškiamas aušinimas žemo slėgio sąlygomis mažėjant slėgiui palaipsniui mažina šilumos perdavimo pajėgumą, o staigus garavimas turi didelę įtaką šilumos perdavimo pajėgumui, į kurį reikia atsižvelgti rengiant purkštukai. Nanodalelių, paviršinio aktyvumo medžiagų, tirpių druskų ir dujų bei alkoholio priedų pridėjimas į purškiamą aušinimo skystį gali labai pagerinti šilumos perdavimo charakteristikas. Li Yiyi eksperimentais patvirtino, kad aktyviųjų paviršiaus medžiagų pridėjimas gali veiksmingai pagerinti purškiamojo aušinimo šilumos perdavimo efektyvumą, ypač SDS pridėjimas turi geriausią poveikį. Tačiau dabartinis priedų pridėjimo būdas dar tik pradedamas kurti, o esamos problemos yra sudėtingesnės.
Purškiamas aušinimas yra ribojamas erdvės ir negali būti naudojamas mažuose elektroniniuose įrenginiuose, tačiau efektas yra labai geras, kai naudojamas superkompiuteriuose. Šiuo metu purškiamojo aušinimo technologija taikoma CREY superkompiuteriams, taip pat plačiai naudojama duomenų centruose. Sukūrus šį aušinimo metodą, manoma, kad pritaikymas bus brandesnis.
Pirmiau minėti trys skysto šilumos išsklaidymo būdai turi savų privalumų ir trūkumų. Purškiamas aušinimas ir aušinimas srove yra panašūs. Jų konstrukcijos yra labai sudėtingos ir netinka kasdienei elektroninei įrangai. Tačiau jie turi stiprias šilumos išsklaidymo galimybes. Purškiamas aušinimas tinka superkompiuteriams, Didelių duomenų šilumos išsklaidymui; reaktyvinis aušinimas tinka kariniams-pramoniniams objektams, tokiems kaip naikintuvai, orlaiviai ir kt. Šių dviejų šilumos išsklaidymo metodų pastaraisiais metais negalima pakeisti. Mikrokanalinis aušinimas yra bendra ateities plėtros kryptis, nesvarbu, ar tai būtų kasdienė elektroninė įranga, ar kiti tikslūs elektroniniai prietaisai, šis metodas bus priimtas.
