Теплофізичне моделювання мікроканальних систем терморегулювання електронних пристроїв
Вантажиться...
Дата
2005
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Одес. держ. акад. холоду
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 - Технічна теплофізика та промислова тепплотехніка.
Дисертація присвячена розробці теплофізичних моделей мікроканальних систем терморегулювання електронних пристроїв. Комп’ютерне моделювання полів швидкостей, тисків і температури 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/Н > 0,5. Показано, що наявні розбіжності експериментальних даних різних авторів обумовлені труднощами відтворення ідентичних умов експериментів і їх точністю, а не новими фізичними явищами, які могли бути пов’язані з мікромасштабами.
У роботі досліджено підхід до підвищення ефективності систем відведення теплоти від джерел високої густини енергії за рахунок застосування деревовидних мереж мікроканалів. Показано, що співвідношення витрат потужності на прокачування робочих тіл при біфуркації каналів і фрактальних розмірностей для розподілу довжин і діаметрів каналів D = 2 и Δ = 3 складає 1:3 для п’яти рівнів розгалуження. При подальшому збільшенні числа рівнів розгалуження дане співвідношення стає ще значнішим. 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. Розрахунково-теоретичні оцінки габаритних розмірів мікротеплових труб з погляду забезпечення допустимих умов тепломасопереносу, а також з позицій конкурентоспроможності металевим теплостокам, дозволили стверджувати, що для практичного застосування маловірогідні МТТ з діаметрами менш ніж 1мм.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 - Техническая теплофизика и промышленная теплотехника. Диссертация посвящена разработке теплофизических моделей микроканальных систем терморегулирования электронных устройств. Компьютерное моделирование полей скоростей, давлений и температур в микро- и макроканалах для различных типов неоднородной поверхности (регулярной, случайной и фрактальной) подтвердило подобие процессов переноса импульса при одинаковых граничных условиях. Классические соотношения для коэффициентов теплоотдачи и гидравлических сопротивлений при течениях в обычных каналах, в основном, остаются справедливыми и для микроканалов, если корректно сформулированы граничные условия и геометрические ограничения. Анализ результатов распределения давлений при течении рабочих тел в микроканалах позволил приближенно оценить пределы применимости соотношений Хагена-Пуазейля, которые становятся некорректными при отношениях высоты элемента неоднородности к высоте канала h/H > 0,5. Показано, что имеющиеся расхождения опытных данных различных авторов, обусловлены трудностями воспроизведения идентичных условий экспериментов и их точностью, а не новыми физическими явлениями, которые могли быть связаны с микромасштабами. В работе развит подход к повышению эффективности систем отвода теплоты от источников высокой плотности энергии за счет применения древовидных сетей микроканалов. Показано, что отношение затрат мощности на прокачку рабочих тел при бифуркации каналов и фрактальных размерностях для распределения длин и диаметров каналов D = 2 и Δ = 3 составляет 1:3 для пяти уровней ветвления. При дальнейшем увеличении числа уровней ветвления данное отношение становится еще более значительным. Сравнительный анализ эффективности систем охлаждения на основе сетей микроканалов с двухфазным рабочим телом показал, что теплотехническая эффективность систем газ - газ с изолированными и разделенными зонами практически одинакова. Расчетно-теоретические оценки габаритных размеров микротепловых труб с точки зрения обеспечения допустимых условий тепло - массопереноса, а также с позиций конкурентоспособности металлическим теплостокам, позволили утверждать, что для практического применения маловероятны микротепловые трубы с диаметрами менее 1мм.
Thesis for a candidate of science (Engineering) degree by specialty 05.14.06 - Technical Thermophysics and Industrial Thermal Engineering. The dissertation is devoted to development of thermophysical models of the microchannel thermal control systems of electronic devices. Simulation of the velocity fields, pressures and temperatures in micro- and macrochannels for different types of heterogeneous surface (regular, casual and fractal) confirmed similarity of processes of impulse transfer at identical scope terms. Classic corrélations for the coefficients of heat transfer and hydraulic resistances at the flows in ordinary channels, mainly, remain the same for microchannels, if scope terms and geometrical limitations are correctly formulated. The analysis of results of distributing of pressures at the flow of working fluids in microchannels allow approximate estimation of the limits of applicability of the Hagen-Poiseuille’s correlations, which become improper at attitudes of height of element of heterogeneity toward the height of channel of h/H > 0.5. It was shown that present divergences of experimental information of different authors, conditioned by difficulties of reproduction of identical terms of experiments and their exactness, instead of new physical phenomena which could be related to the microscales. Approach to the increase of efficiency of the systems of taking of warmth from the sources of high closeness of energy due to application of treelike networks of microchannels was developed in the work. It is shown that relation of power on pumping of working fluids at channels bifurcation and fractal dimensions for distributing of lengths and diameters of the D = 2 H Δ = 3 makes 1:3 for five levels of assembling. At the further increase of number of assembling levels this relation becomes yet more considerable. The comparative analysis of efficiency of the cooling systems on the basis of microchannel networks with a two-phase working fluid showed that thermal efficiency of the gas-gas systems with the isolated and separated zones are practically identical. Numerical and theoretical estimations of overall sizes of microheat pipes from point of providing of possible heat and mass transfer terms, and also from positions of competition to metal heat ways, allowed asserting that for practical application improbable microheat pipes with diameters less than 1mm.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 - Техническая теплофизика и промышленная теплотехника. Диссертация посвящена разработке теплофизических моделей микроканальных систем терморегулирования электронных устройств. Компьютерное моделирование полей скоростей, давлений и температур в микро- и макроканалах для различных типов неоднородной поверхности (регулярной, случайной и фрактальной) подтвердило подобие процессов переноса импульса при одинаковых граничных условиях. Классические соотношения для коэффициентов теплоотдачи и гидравлических сопротивлений при течениях в обычных каналах, в основном, остаются справедливыми и для микроканалов, если корректно сформулированы граничные условия и геометрические ограничения. Анализ результатов распределения давлений при течении рабочих тел в микроканалах позволил приближенно оценить пределы применимости соотношений Хагена-Пуазейля, которые становятся некорректными при отношениях высоты элемента неоднородности к высоте канала h/H > 0,5. Показано, что имеющиеся расхождения опытных данных различных авторов, обусловлены трудностями воспроизведения идентичных условий экспериментов и их точностью, а не новыми физическими явлениями, которые могли быть связаны с микромасштабами. В работе развит подход к повышению эффективности систем отвода теплоты от источников высокой плотности энергии за счет применения древовидных сетей микроканалов. Показано, что отношение затрат мощности на прокачку рабочих тел при бифуркации каналов и фрактальных размерностях для распределения длин и диаметров каналов D = 2 и Δ = 3 составляет 1:3 для пяти уровней ветвления. При дальнейшем увеличении числа уровней ветвления данное отношение становится еще более значительным. Сравнительный анализ эффективности систем охлаждения на основе сетей микроканалов с двухфазным рабочим телом показал, что теплотехническая эффективность систем газ - газ с изолированными и разделенными зонами практически одинакова. Расчетно-теоретические оценки габаритных размеров микротепловых труб с точки зрения обеспечения допустимых условий тепло - массопереноса, а также с позиций конкурентоспособности металлическим теплостокам, позволили утверждать, что для практического применения маловероятны микротепловые трубы с диаметрами менее 1мм.
Thesis for a candidate of science (Engineering) degree by specialty 05.14.06 - Technical Thermophysics and Industrial Thermal Engineering. The dissertation is devoted to development of thermophysical models of the microchannel thermal control systems of electronic devices. Simulation of the velocity fields, pressures and temperatures in micro- and macrochannels for different types of heterogeneous surface (regular, casual and fractal) confirmed similarity of processes of impulse transfer at identical scope terms. Classic corrélations for the coefficients of heat transfer and hydraulic resistances at the flows in ordinary channels, mainly, remain the same for microchannels, if scope terms and geometrical limitations are correctly formulated. The analysis of results of distributing of pressures at the flow of working fluids in microchannels allow approximate estimation of the limits of applicability of the Hagen-Poiseuille’s correlations, which become improper at attitudes of height of element of heterogeneity toward the height of channel of h/H > 0.5. It was shown that present divergences of experimental information of different authors, conditioned by difficulties of reproduction of identical terms of experiments and their exactness, instead of new physical phenomena which could be related to the microscales. Approach to the increase of efficiency of the systems of taking of warmth from the sources of high closeness of energy due to application of treelike networks of microchannels was developed in the work. It is shown that relation of power on pumping of working fluids at channels bifurcation and fractal dimensions for distributing of lengths and diameters of the D = 2 H Δ = 3 makes 1:3 for five levels of assembling. At the further increase of number of assembling levels this relation becomes yet more considerable. The comparative analysis of efficiency of the cooling systems on the basis of microchannel networks with a two-phase working fluid showed that thermal efficiency of the gas-gas systems with the isolated and separated zones are practically identical. Numerical and theoretical estimations of overall sizes of microheat pipes from point of providing of possible heat and mass transfer terms, and also from positions of competition to metal heat ways, allowed asserting that for practical application improbable microheat pipes with diameters less than 1mm.
Опис
Нікітін, Д. М.
Теплофізичне моделювання мікроканальних систем терморегулювання електронних пристроїв [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.14.06 "Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика" / Нікітін Дмитро Миколайович ; наук. кер. Б. В. Косой ; Одес. держ. акад. холоду. – Одеса : ОДАХ, 2005. – 20 с.
Ключові слова
мікроканали, комп’ютерна флюїдна динаміка, моделювання, фрактальні мережі, теплові труби, терморегулювання, микроканалы, компьютерная флюидная динамика, моделирование, фрактальные сети, тепловые трубы, терморегулирование, microchannels, computer fluid dynamics, modeling, fractal networks, heat pipes, thermal control