Моделирование процессов гидродинамики и теплообмена в микроканальных элементах систем охлаждения электронной аппаратуры

Шматов, Дмитрий Павлович

Моделирование процессов гидродинамики и теплообмена в микроканальных элементах систем охлаждения электронной аппаратуры тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Шматов, Дмитрий Павлович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Воронеж МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.14 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Моделирование процессов гидродинамики и теплообмена в микроканальных элементах систем охлаждения электронной аппаратуры»

Автореферат диссертации на тему "Моделирование процессов гидродинамики и теплообмена в микроканальных элементах систем охлаждения электронной аппаратуры"

ШМАТОВ Дмитрий Павлович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА В МИКРОКАНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

Специальность: 01,04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

- 8 ЛЕН 2011

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 2011

005003878

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Дроздов Игорь Геннадьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Кретинин Александр Валентинович;

кандидат технических наук, доцент Слюсарев Михаил Иванович

Ведущая организация ОАО «Конструкторское бюро

химавтоматики», г. Воронеж

Защита состоится «22» декабря 2011 г. в 1200 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.05 ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» по адресу: 394026, Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Автореферат разослан «. 22 .» ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

(¿/ Ч Л4" Бараков А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Постоянное совершенствование микроэлектронных приборов и радиотехнических устройств, бурное развитие компьютерной техники приводят к увеличению теплонапряженности таких элементов, как микропроцессоры, сверхвысокочастотные полупроводники и т.д. В свою очередь, габаритно-массовые характеристики оборудования уменьшаются, а плотность теплового потока нагреваемых элементов увеличивается, что может привести к перегреву и нестабильной работе при использовании традиционных систем охлаждения. В связи с этим выделяемую тепловую энергию следует отводить надежной системой охлаждения, причем ее габаритно-массовые характеристики должны быть соизмеримы с данным устройством.

Наиболее перспективным способом охлаждения является применение микроканальных компактных систем, т.к. позволяет интенсифицировать теплообмен, подобрать необходимые габариты и в результате - повысить надежность функционирования. Применение новых материалов, в т.ч. нитевидных монокристаллов кремния, позволяет снизить габаритно-массовые характеристики систем охлаждения.

Существующие модели зачастую не учитывают нестационарность и нелинейность рабочих процессов систем охлаждения, 3D геометрию расчетной области, что имеет место в реальных условиях. Недостаточно данных по прогнозированию работы подобных систем.

Таким образом, моделирование и разработка микроканальных систем охлаждения для электронных устройств является актуальной.

Работа выполнена в соответствии с научным направлением ФГБОУ ВПО ВГТУ «Физико-технические проблемы энергетики»; в рамках НИР Г.р. №№ 01200505528, 01200701584, 01201064930, 01201176271 и в соответствии с ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 г., НТП «Развитие научного потенциала высшей школы» на 2005 г., ФЦП «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники» на 2008-2015 годы, ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Цель работы - моделирование процессов гидродинамики и тепло-переноса в пористых (ПТЭ) и микроканальных теплообменных элементах (МКТЭ), разработка теплообменных аппаратов (TOA) на их основе и метода расчета систем охлаждения электронной аппаратуры.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработка математических моделей нестационарных процессов гидродинамики и теплообмена в TOA на основе ПТЭ и МКТЭ в условиях

нелинейной фильтрации охладителя с учетом 2D и 3D геометрии охлаждающих элементов.

2. Аналитическое и численное моделирование нестационарных процессов гидродинамики и теплообмена в ПТЭ и МКТЭ в условиях нелинейной фильтрации охладителя.

3. Проведение экспериментальных исследований гидродинамики и теплообмена в ПТЭ и МКТЭ для проверки результатов теоретических исследований и получения эмпирических зависимостей для определения числа Нуссельта, вязкостного и инерционного коэффициентов сопротивления пористой среды, образованной матрицей нитевидных кристаллов кремния.

4. Разработка конструкций теплообменников со сложной геометрией и создание на их основе систем охлаждения электронной аппаратуры.

Научная новизна:

1. Установлены закономерности протекания пульсационных и переходных процессов в пористых структурах с непроницаемыми теплонапря-женными поверхностями. Разработана аналитическая методика расчета гидродинамики течения охладителя в ПТЭ клиновидной формы, отличающаяся учетом двухмерности течения охладителя.

2. Разработана 3D математическая модель нестационарного нелинейного тепломассопереноса, позволяющая рассчитать поля давления, скорости и температуры в охлаждающих элементах. Проведено численное моделирование гидродинамики и теплообмена в TOA с ПТЭ и МКТЭ с непроницаемыми теплонапряженными поверхностями с учетом «двухтемпе-ратурного» состояния, при граничных условиях первого и второго рода.

3. На основании экспериментальных данных получены новые критериальная зависимость для определения числа Нуссельта; выражения для определения вязкостного и инерционного коэффициентов сопротивления в пористой среде образованной матрицей нитевидных монокристаллов кремния.

Практическая значимость и реализация:

1. Разработанные математические модели и методики расчета процесса тепломассопереноса в пористых и микроканальных структурах со сложной геометрией позволяют рассчитать поля давления, скорости и температуры и служат основой для проектирования новых и повышения эффективности существующих систем охлаждения, работающих в стационарных и нестационарных режимах.

2. Запатентован новый тип микроканального TOA на основе матрицы нитевидных монокристаллов кремния, применение которого повышает эффективность и надежность работы систем охлаждения микроэлектронных устройств.

3. Исходя из полученных теоретических результатов и экспериментальных исследований, даны практические рекомендации для создания но-

вых микроканальных TOA. Результаты диссертационного исследования внедрены в практику ЗАО «Кодофон» г. Воронеж, ООО «ВЭКС-Энерго» г. Воронеж и в учебный процесс на кафедре «Ракетные двигатели» ВГТУ.

Достоверность результатов исследований обеспечена обоснованным использованием общепринятых законов гидродинамики и теплообмена, теоретических допущений и ограничений, корректностью постановки задачи, использованием современных приборов и методов исследования и подтверждается качественным и количественным согласованием результатов расчета с экспериментальными данными.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международных, Всесоюзных и Российских научно-технических конференциях в период с 2004 по 2011 годы: XV, XVII школах-семинарах молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева (Москва, 2005, 2009); Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2010); Российских научно-технических конференциях «Ракетно-космическая техника и технология» (Воронеж 2009, 2010); XXX Гагаринских чтениях (Москва, 2004); VI,VII, XI Международных научно-технических конференциях «Авиакосмические технологии» (Воронеж, 2005, 2006, 2010); Международной научно-практической конференции «Инженерные системы - 2010» (Москва, 2010); XII Туполевские чтения: Международной молодежной научной конференции (Казань, 2004); II Международном форуме «Образование, наука, производство» (Белгород, 2004); научно-технических конференциях молодых ученых, аспирантов, студентов Воронежского государственного технического университета. По результатам конференций, конкурсов, выставок получены дипломы и грамоты, а также медаль «За лучшую научную студенческую работу» Министерства образования и науки РФ по результатам открытого конкурса 2006 года.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 3 патента на полезную модель, 1 патент на изобретение. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1-3, 5-8, 10] - проведение аналитических и численных расчетов гидродинамики и теплообмена; [6] - конфигурирование системы обработки экспериментальных данных; [12] - анализ и определение перспективных направлений исследования, [4, 9] - разработка конструкции TOA, [11, 13, 14] - моделирование теплогидравлических процессов с использованием программного комплекса FlowVision.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы из 166 наименований и прило-

жения. Основная часть изложена на 161 странице, содержит 142 рисунка, 17 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, раскрыты научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе приводится обзор литературы по теме диссертации, известных систем тепловой защиты устройств электронных компонентов. Рассмотрено применение известных моделей пористых и микроканальных структур и выполнен анализ опубликованных теоретических и экспериментальных исследований процессов гидродинамики и теплообмена. Сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе формулируются исходные предпосылки и постановка задачи, приводятся аналитическая и численная модели процесса нелинейного двух- и трехмерного течения охладителя в ПТЭ в нестационарных режимах.

Системы охлаждения продолжительное время функционируют на стационарных режимах. Однако при периодическом или импульсном режиме переходные процессы могут оказывать существенное (положительное или отрицательное) влияние на работу систем охлаждения. Например, при малых возмущениях, которые могут быть вызваны вибрациями стенок, пульсацией охладителя в подающих коллекторах возможно пятикратное увеличение эффективного коэффициента теплопроводности.

В большинстве случаев течение охладителя имеет ярко выраженный двумерный характер, что при переходных процессах в случае применения ПТЭ приводит к существенному усложнению гидродинамической картины.

Далее приводится аналитическая модель пульсации охладителя, построенная для клиновидной области, когда фильтрация происходит через биссектрису угла в направлении от разреза СО вдоль непроницаемых внешних поверхностей АО и ВО. Для решения область фильтрации трансформировалась так (рис. 1), чтобы непроницаемые поверхности АО и ВО образовали ось клина СОС.

Уравнение для нахождения давления р имеет вид

р„ + Рр,=а2Ар, (1)

где р - —, а2 = —, которое основано на законе фильтрации Дарси Ра ПРо

для нестационарного случая при малых скоростях 9 :

&3 —

— + =-gradp. (2)

Решение задачи при течении охладителя с учетом пульсаций (гармонических колебаний) в клиновидном ПТЭ строится при следующих граничных условиях

p\¡\ = Роо + Uo cos wt + Vo sin 0t > (3)

где Г, - грань клина, через которую подается охладитель под пульсирующим давлением; pw, U0, К0 - заданные константы, определяющие закон подачи охладителя.

Другая грань клина Г2 принимается непроницаемой V= 0.

Из (1) с учетом (3) находится поле давлений р, при этом скорость 9 может быть определена при помощи (2). Представим пульсирующее давление р для области клина с углом раствора Д, равенством

р = IV (х.у) + U (х-у) cos cot + V (х.у) sin cot (4)

Далее (4) подставляется в (1) и для неизвестных U , V , W получается система уравнений, где W имеет смысл стационарного распределения давления. Решение для U и V получено в виде конечной суммы:

"=ЁиГ К-.Д+НГ t/. ou> (5)

при условии, что угол Ра должен подчиняться закону Д, = л/(\ + 2 т).

Чтобы определить величину скорости теплоносителя, производится разложение на соответствующие составляющие 9t, 9у

9х = <pt cos (cot) + <рг sin(íu/) + 90х, 9у=ц/х cos (at) + ц/2 sin(íyO + 9ау. ^ Здесь слагаемые Эйл и 90у, также как и Ж в уравнении (4), определяют стационарное распределение скорости. Вычисления неизвестных <p¡ и <//. дают следующие выражения, i = 1,2, с = а2П/л

ЗУ SU, ЗУ, SU +

--ю + —b —b + —со —яГ IT лГ

a - г 8х дх _ дх Йх _ш = _

со2 +Ь2 со' + Ь1 С со2+Ьг + ■

Рассмотрим процесс нестационарной фильтрации в пористой стенке толщиной h , который описывается динамическим уравнением (1), т.е.

р\ „ = о. ^ д1

дг г 3/ 5.x2

Начальные и граничные условия для (7) записываются в виде = 0, р\ = р0, р\ = 0. Рассмотрены отдельно три случая в

зависимости от значения параметра /?: 1. р<2яа/к - «маловязкий охладитель»; 2. р = 2 атл/И - «критическая вязкость»; 3. 2атк I И< /З <2а(т + \)х / И - «большая вязкость». Для каждого из неравенств получены выражения для определения давления, представляющие собой ряд Фурье. Получены решения для нахождения скорости при данных условиях и решена задача начальной стадии фильтрации маловязкого охладителя в угловых областях. По полученным уравнениям проведены вычисления с использованием Ма1ЬаЬ. Например, гидродинамическая картина пульсирующего охладителя и распределение давления (в безразмерных координатах) в пористой стенке показаны на рис. 2, 3.

у - - х

Рис. 2. Распределение давления в клине при со = 1 Гц. время 1с. Д, = я/3 .

Анализ распространения малых возмущений охладителя показал, что с ростом частоты пульсации (> ЮЛ/) возмущения охладителя смещаются к оси клиновидного элемента; рост вязкости охладителя и снижение проницаемости среды приводят к сдвигу интенсивной зоны пульсации в область, прилегающую к подающему коллектору. Также установлено, что время релаксации нестационарного процесса имеет порядок

" * О 01 0.2 0.3 0 4 0.5 0.6 0.7 О.в 0.9 1 А

Рис. 3. Распределение давления в стенке, охладитель - вода, время 2 10"' с.

Разработана ЗО математическая модель, основанная на конечно-объемном методе решения уравнений Навье-Стокса, позволяющая моделировать стационарное/нестационарное движение вязкой жидкости/газа в пористых средах произвольной геометрии, при любых изменениях плотности, с учетом «двухтемпературного» теплового состояния. Исходными уравнениями являются: - уравнение Навье-Стокса

ар9

= 0.

Сила в уравнении Навье-Стокса задается через двучленный закон сопротивления:

к = рр-

(9)

где а и р - вязкостный и инерционный коэффициенты, которые можно задать через диагональные матрицы 3Х3.

- уравнение энергии в жидкои среде

/ /

31 к '

А+Ии

сп Рг,

ч Р '

.а»

(10)

где (Уг1г =1\ (Т-ТС) - передача тепла между каркасом и охладителем. - уравнение энергии в пористом каркасе

+9сРутс

= V(ЯC■VГC)^

1-П

(И)

где индекс с указывает на каркас.

При построении математической модели был принят ряд допуще-

нии:

- на входе в расчетную область имеется полностью развитое течение;

- теплообмен с окружающей средой отсутствует (на внешних сторонах расчетной области выполняется условие адиабатности);

- теплофизические свойства потока и каркаса принимаются постоянными и равными средним значениям в исследуемом интервале температур в начальный момент времени, с последующим уточнением в ходе расчета.

Реализация модели рассмотрена на примере течения охладителя при нестационарном теплообмене в пористом клине, геометрические характеристики которого представлены в табл. 1.

Таблица 1

Высота Толщина Угол раствора клина

Расчетные модели 4 мм 2 мм 15° | 30° | 45"

При постановке задачи необходимо задать следующие параметры: вязкостный и инерционный коэффициенты сопротивления, эффективную теплопроводность, объемный коэффициент теплоотдачи, которые определялись по известным методикам. Граничные условия следующие:

- на входе в расчетную область задается расход и температура охладителя;

- на выходе из расчетной области задаются «мягкие» граничные условия (условие продолжения решения);

- на всех боковых поверхностях условия прилипания для уравнения движения и неразрывности и адиабатные условия для уравнения энергии;

- для проведения исследования течения с теплообменом к этим условиям добавляются граничные условия для каркаса - задается температура (удельный тепловой поток) каркаса на поверхности нагрева.

При решении поставленной задачи используется программный комплекс Р10\уУ15ЮП.

В результате расчетов получены распределения температуры охладителя и температуры каркаса, а также поля давления в различный момент времени, при различных расходах, материале каркаса и пористости. На рис. 4 показано распределение температуры охладителя в пористом клине 30°, материал каркаса - медь, расход - 0,0032 кг/с. На рис. 5 изображена зависимость времени выхода на стационарный режим от расхода в различных по материалу каркасах в клине 30°.

Рис. 4. Изотермы температуры охладителя в пористом клине 30°

Рис. 5. Зависимость времени выхода на стационарный режим, материал каркаса титан -••-••- и медь---

В третьей главе представлено описание вычислительного эксперимента, построенного на основе разработанной ЗБ модели. Приводятся расчеты по определению необходимых характеристик микроканальных теплообменников, разработанных в ходе выполнения диссертационной работы, для последующего проведения натурного эксперимента. Рассмотрено два типа микроканальных теплообменников: - пористые теплообменники с межканальной транспирацией охладителя (рис. 6); - теплообменник на основе матрицы нитевидных монокристаллов кремния (рис. 6). Матрица представляет собой множество шипов диаметром 80 мкм, расположенных в шахматном порядке на расстоянии одного диаметра друг от друга. Основанием для шипов является кремниевая подложка.

Для дальнейших расчетов введено допущение - множество нитевидных монокристаллов представляется пористым телом, полученным из волокон.

Для пористого теплообменника проведены расчеты по выбору медного основания-призмы применение которого необходимо для равномерного распределения теплового потока. На основе эффективных геометрических параметров призмы, проведено численное моделирование гидродинамики и теплообмена в пористом ребре компактного теплообменника в программном комплексе Р1о\у\^бюп. Анализировалась разная высота и толщина пористого ребра, материал каркаса и пористость. Результаты представлены в табл. 2.

Рис. 6. Макеты теплообменника с пористыми вставками, образующими каналы клиновидной формы и на основе матрицы нитевидных кристаллов

Таблица 2

Результаты расчета пористого ребра

Характеристика Материал

Титан Медь

Высота, мм 2 2 3 2

Расход, кг/с 7,16-10"4 1,610"4 4,3-10"4 7,1 б-10 4

Теплосъем. Вт/см2 12,5 6 12,5 37,5

Перепад давления. Па 2100 416 827 2100

Сделан расчет вставки с пористыми ребрами, образующими каналы постоянного сечения и всей расчетной области пористого теплообменника.

Численное моделирование течения охладителя в матрице нитевидных кристаллов проведено для разной геометрии расчетной области. Сравнение полученных результатов с результатами от расчета пористого тела той же геометрии приведено в табл. 3. На рис. 7 приведено сравнение полученных результатов вычислительного эксперимента с работой Дубровского А.П.

200 180 160 140 120

ЛР, кПа юо

80 60 40 20 О

0,01

0,04

0,02 0,03

6, кг/с

Рис. 7. Сравнительный график зависимости перепада давления от расхода в пористом ребре - • - ■ - Дубровский А.П. и — вычислительный эксперимент

Таблица 3

Сравнение результатов расчета пористого ребра и матрицы нитевидных _монокристаллов кремния_

Характеристика Исследуемый образец

Пористый из меди Монокристаллы

Высота, мм 2 2

Расход. кг/(м" с) 22,375 22,375

Теплосъем, Вт/см" 37,5 37,5

Перепад давления. Па 2100 446

В четвертой главе представлено описание экспериментального стенда и моделей, разработанных и изготовленных в соответствии с требованиями поставленных задач; приведены методики проведения экспериментальных исследований, обработки результатов измерений с последующим расчетом их погрешности, проанализированы результаты исследований гидродинамики и теплообмена. Общий вид и принципиальная схема экспериментальной установки представлены на рис. 8, 9. Для проведения экспериментальных исследований при пульсациях охладителя применялся пульсатор с кривошипно-шатунным приводом мембраны. В ходе выполнения диссертационной работы были разработаны и изготовлены два вида теплообменников - с пористыми вставками и на основе матрицы нитевидных кристаллов. Также в эксперименте были задействованы тестовые теплообменники - Сир1ех Кгуов ХТ и теплообменник со щелевым каналом высотой 0.5 мм.

Рис. 8. Общий вид экспериментальной установки Рис. 9. Принципиальная схема 1 - исследуемый теплообменник: 2 - устройство моделирования тепловой нагрузки: 3

- пьезометрический стенд; 4 - расходомер; 5 - фильтр, 6 - измеритель-регулятор ОВЕН ТРМ138-Р, 7 - адаптер сетевых протоколов ОВЕН АС-3, 8 - компьютер. 9 - бак с водой, 10 - насос, 11 - термопары. 12 - внешний радиатор охлаждения с вентиляторами. 13 - дифференциальный датчик давления

На рис. 10 представлены зависимости перепада давления и температуры от расхода охладителя.

35 -

О . -е- I >-------------г—------------------,—...........................,

Э 0,01 0,02 С'.ОЗ 0,0<;

с, кг/с

Рис. 10. Зависимость перепад давления от расхода охладителя в ТОА 6

0 0,01 0,02 0,03 0,04

С, кг/с

Рис. 11. Зависимость перепада температуры от расхода охладителя в ТОА

» Матрица глоьокрмигаллоь

-*— Канаг 0.5 мм —г— I 1ористое ребро 6 мм —г— Перистое ребро ¿ гим -*— Перистое ребро 3 им

дг, °с з 2 1

Исследования с пульсациями показали, что

- стабилизация температуры нагревателя занимает более долгий период времени при работе пульсатора, в 1,5 раза;

- температура нагревателя на стационарном режим ниже на 5 - 10 °С при работающем пульсаторе. Данные получены при частоте пульсаций 5 -6 Гц, что соответствует выводам 2 главы.

При анализе экспериментальных данных проведена корректировка критериальных зависимостей для определения вязкостного и инерционного

коэффициентов сопротивления а = 517(1 -П) П'3<!;

/? = 0,815(1-П)П^-72(/;' в пористом теле из спеченных гранул титана или

меди сферической формы.

Получена новая критериальная зависимость для определения числа Нуссельта Nu = 6,1-10"* RePr , а также новые выражения для определения вязкостного и инерционного коэффициентов сопротивления аг = 0,35П~5"; р = 0,14П~5,35 в пористой среде, образованной матрицей нитевидных монокристаллов кремния. Данные зависимости применимы в диапазоне Re=0,01..100, П = 0,3..0,5.

На основании полученных результатов разработана универсальная система охлаждения электронных компонентов. Разработана программа и методика испытаний макетов составных частей теплоотводящих элементов систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры и сверхвысокочастотных приборов Х- и С- диапазонов. Составлен протокол испытаний в рамках контракта «Холод» № Г.Р. 0120 И 76271, ЗАО «Кодофон».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Установлены закономерности протекания пульсационных и переходных процессов в пористых структурах со сложной геометрией и непроницаемыми теплонапряженными поверхностями. Разработана аналитико-численная методика расчета гидродинамики течения охладителя в ПТЭ клиновидной формы, отличающаяся учетом двухмерности течения охладителя. Установлено, что время релаксации переходного процесса имеет порядок í0~l/Р = Po/ft ■ Также установлено, что время тепловой стабилизации для материала каркаса медь в 5 раз меньше чем для титана и имеет порядок ~ 1 с.

3. На основании экспериментальных данных получены новая критериальная зависимость для определения числа Нуссельта Nu = 6,1 -10"* RePr, а также новые выражения для определения вязкостного и инерционного коэффициентов сопротивления а = 0,35П~3"; Р - 0,14П 5 " в пористой среде, образованной матрицей нитевидных монокристаллов кремния. Данные зависимости применимы в диапазоне

Re=0,01..100, П = 0,3..0,5. Уточнены критериальные зависимости для определения вязкостного и инерционного коэффициентов сопротивления а = 517(1-П)2П"Х"2 i /? = 0,815(1-П)П^'72£/;' в пористом теле из спеченных гранул титана или меди сферической формы с с/, = 100..300 мкм.

4. Разработан, запатентован и исследован теоретически и экспериментально новый тип микроканального TOA на основе матрицы нитевидных кристаллов монокристаллического кремния для охлаждения электронной аппаратуры, отличающийся высокой эффективностью и надежностью.

5. Результаты внедрены и используются:

- ЗАО «Кодофон» г. Воронеж, ООО «ВЭКС-Энерго» г. Воронеж -методика расчета микроканальных систем охлаждения;

- ФГБОУ ВПО ВГТУ - методика экспериментальных исследований гидрогазодинамических процессов.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Дроздов И.Г. Гидродинамическая картина течения пульсирующего охладителя в пористых элементах / И.Г. Дроздов, Д.П. Шматов, А.Д. Чернышов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2005. Т.1. №6. С. 42-46.

2. Моделирование нестационарного теплообмена в пористых элементах систем тепловой защиты с использованием программного комплекса FlowVision / Д.А. Коновалов, Д.П. Шматов, И.Г. Дроздов, C.B. Дахин // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2011. Т. 7. № 4. С. 143 - 147.

Статьи и материалы конференций

3. Шматов Д.П. Численное моделирование теплового состояния в пористых теплообменниках при эксплуатации энергосистем / Д.П. Шматов, H.H. Кожухов, Н.В. Хрипунов // XII Туполевские чтения: Междунар. молодежная науч. конф. Казань, 2004. Т.1. С. 182-183.

4. Шматов Д.П. Применение компактных теплообменников в тепло-технологических процессах / Д.П. Шматов, И.Г. Дроздов // Образование, наука, производства: сб. тез. докл. II Междунар. форума. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2004. - Ч.З. - С. 212.

5. Шматов Д.П. Численное моделирование и исследования теплового состояния в пористом теплообменнике при эксплуатации энергосистем / Д.П. Шматов, H.H. Кожухов, Н.В. Хрипунов // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: труды, науч,-техн. конф. молодых ученых, аспирантов, студентов. Воронеж: ВГТУ, 2004. Вып. 2. С. 90-92.

6. Конфигурирование системы обработки данных при исследовании интенсификации теплообмена / Э.Р. Габасова, И.Г. Дроздов, Н.В. Мозговой, Д.П. Шматов // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: труды XV школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева. - М.: Издательство МЭИ, 2005. Т. 1. С 309-311.

7. Шматов Д.П. Аналитическое и численное моделирование гидродинамики течения пульсирующего охладителя в пористых теплообменных элементах / Д.П. Шматов, Э.Р. Огурцова, И.Г. Дроздов Н Авиакосмические технологии «АКТ-2005»: труды VI Междунар. науч.-техн. конф. - Воронеж: ВГТУ, 2005. 4.2. С. 54-59.

8. Шматов Д.П. Моделирование начальной стадии фильтрации в пористой стенке / Д.П. Шматов, И.Г. Дроздов // Авиакосмические технологии «АКТ-2006»: труды VII Междунар. науч.-техн. конф. - Воронеж: ВГТУ, 2006,- С. 487-491.

9. Шматов Д.П. Разработка и исследование пористого компактного теплообменного аппарата на нестационарных режимах работы / Д.П. Шматов, И.Г. Дроздов // Сборник трудов победителей конкурса на лучшую научную работу студентов и аспирантов, посвященного 50-летию ВГТУ. Воронеж: ВГТУ, 2006. С. 35-37.

10. Шматов Д.П. Моделирование переходного режима течения охладителя в пористых элементах / Д.П. Шматов, И.Г. Дроздов // Сборник трудов победителей конкурса на лучшую научную работу студентов и аспирантов ВГТУ. Воронеж: ВГТУ, 2008. С. 112-113.

11. Моделирование гидродинамики течения охладителя и теплообмена в пористых компактных теплообменных аппаратах с использованием программного комплекса FLOWVISION / Д.П. Шматов, И.Г. Дроздов, Д.А. Коновалов, H.H. Кожухов, C.B. Дахин // Инженерные системы - 2010: труды Междунар. науч.-практ. конф. - М.: РУДН, 2010. С. 72-77.

12. Определение перспективных направлений создания гибридных теплообменников для систем охлаждения электронной аппаратуры и оценка эффективности их работы / Д.П. Шматов, И.Г. Дроздов, Д.А. Коновалов, H.H. Кожухов, C.B. Дахин // Труды V Российской национальной конференции по теплообмену. Молодежная секция. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. Т. 8. С. 151-154.

13. Шматов Д.П. Моделирование процессов тепломассопереноса в пористых элементах систем охлаждения с использованием программного комплекса FLOWVISION / Д.П. Шматов, И.Г. Дроздов, Д.А. Коновалов // Ракетно-космические двигательные установки: сб. материалов Всерос. науч.-техн. конф. - М.: ООО «Диона», 2010. С. 35-36.

14. Шматов Д.П. Моделирование тепломассопереноса в пористых элементах систем тепловой зашиты с использованием программного ком-

плекса FLOWVISION / Д.П. Шматов, И.Г. Дроздов // Ракетно-космическая техника и технология 2010: труды Рос. науч.-техн. конф., посвященной 50-летию кафедры «Ракетные двигатели» ВГТУ. Воронеж: ВГТУ, 2010. С. 129-130.

Патенты

15. Дроздов И.Г., Кожухов H.H., Мозговой Н.В., Шматов Д.П. Устройство охлаждения электронных компонентов. Патент на полезную модель № 51441 от 11.07.2005.

16. Дроздов И.Г., Коновалов Д.А., Кожухов H.H., Габасова Э.Р., Шматов Д.П. Устройство для охлаждения катода плазмотрона. Патент на полезную модель МПК 51449 от 11.07.2005. //Бюл. №4 от 10.02.2006.

17. Дроздов И.Г., Кожухов H.H., Коновалов Д.А., Мозговой Н.В., Шматов Д.П. Устройство охлаждения для электронных компонентов. Патент на полезную модель № 58788 от 24.04.2006.

18. Положительное решение по заявке на изобретение «Устройство отвода теплоты от кристалла полупроводниковой микросхемы», авторы Савинков А.Ю., Дроздов И.Г., Дахин C.B., Коновалов Д.А., Кожухов H.H., Шматов Д.П., Небольсин В.А. № 2010146036/28 от 10.11.2010.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

S - вектор скорости; р - давление, Па; а, ß - вязкостный и инерционный коэффициенты сопротивления пористой матрицы, м'2, м"1; t - текущее время, с; а - частота пульсаций, Гц; П - пористость элемента; Л -коэффициент теплопроводности охладителя, Вт/(м ■ К) ; - коэффициент динамической вязкости охладителя, Па с; Т - температура, °С; i - энтальпия, Дж/кг; индекс с - указывает на свойства пористого каркаса; Re = G(ß/a)/pm - критерий Рейнольдса; ПТЭ - пористый, МКТЭ - микроканальный теплообменный элемент, MKT - межканальная транспирация, TOA - теплообменный аппарат.

Подписано в печать 17.11.2011 Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 85 экз. Зак. № ¿76

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026 Воронеж, Московский просп., 14

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Шматов, Дмитрий Павлович

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ И ПОДХОДОВ К МОДЕЛИРОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА В СИСТЕМАХ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ.

1.1 Системы тепловой защиты поверхностей от действия теплового потока.

1.2 Подходы к созданию и моделированию систем охлаждения на основе пористых и микроканальных теплообменников.

1.3 Теоретические предпосылки.

1.4 Выводы и задачи исследования.

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА В ПТЭ С УЧЕТОМ НЕСТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ.

2.1 Гидродинамика течения охладителя в ПТЭ при переходных режимах работы систем охлаждения.

2.1.1 Постановка задачи.

2.1.2 Течение охладителя с учетом пульсаций в клиновидном ПТЭ.

2.1.3 Начальная стадии фильтрации в пористой стенке.

2.1.4 Начальная стадия фильтрации маловязкого охладителя в угловых областях

2.1.5 Алгоритм расчета, структура программы и визуализация процесса в среде Ма1:ЬаЬ.

2.2 Разработка ЗБ математической модели теплообмена и гидродинамики в ПТЭ на нестационарных режимах.

2.2.1 Постановка задачи.

2.2.2 Методика расчета гидродинамики и теплообмена при переходных процессах в угловых областях.

2.2.3 Анализ полученных результатов.

2.3 Выводы.

3 ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПАРАМЕТРОВ ПТЭ И МКТЭ.

3.1 Выбор основания для теплообменника с пористыми вставками.

3.2 Определение геометрических размеров пористого ребра компактного теплообменника.

3.3 Теплогидравлический расчет пористой вставки образующей прямоугольные каналы.

3.4 Теплогидравлический расчет матрицы нитевидных монокристаллов крмния

3.5 Выводы.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА В ПТЭ И МКТЭ.

4.1 Описание экспериментальной установки.

4.2 Экспериментальные модели.

4.2.1 Конструкция и принцип работы пористого теплообменника.

4.2.2 Конструкция и принцип работы теплообменника на основе матрицы нитевидных кристаллов.

4.2.3 «Тестовые» теплообменники.

4.3 Методика проведения эксперимента и обработка опытных данных.

4.3.1 Алгоритм проведения экспериментальных исследований.

4.3.2 Технические требования и метрологическое обеспечение проведения экспериментальных исследований.

4.3.3 Методика планирования эксперимента.

4.4 Основные результаты экспериментальных исследований и испытаний. Практическое использование.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Введение диссертация по физике, на тему "Моделирование процессов гидродинамики и теплообмена в микроканальных элементах систем охлаждения электронной аппаратуры"

Актуальность проблемы. Постоянное совершенствование микроэлектронных приборов и радиотехнических устройств, бурное развитие компьютерной техники приводят к увеличению теплонапряженности таких элементов, как микропроцессоры, сверхвысокочастотные полупроводники и т.д. В свою очередь, габаритно-массовые характеристики оборудования уменьшаются, а плотность теплового потока нагреваемых элементов увеличивается, что может привести к перегреву и нестабильной работе при использовании традиционных систем охлаждения. В связи с этим выделяемую тепловую энергию следует отводить надежной системой охлаждения, причем ее габаритно-массовые характеристики должны быть соизмеримы с данным устройством.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является моделирование процессов гидродинамики и теплопереноса в пористых (ПТЭ) и микроканальных теплообменных элементах (МКТЭ), разработка теплообменных аппаратов (TOA) на их основе и метода расчета систем охлаждения электронной аппаратуры.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Разработка математических моделей нестационарных процессов гидродинамики и теплообмена в TOA на основе ПТЭ и МКТЭ в условиях нелинейной фильтрации охладителя с учетом 2D и 3D геометрии охлаждающих элементов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлены закономерности протекания пульсационных и переходных процессов в пористых структурах с непроницаемыми теплонапряженными поверхностями. Разработана аналитическая методика расчета гидродинамики течения охладителя в ПТЭ клиновидной формы, отличающаяся учетом двухмерности течения охладителя.

2. Разработана 3D математическая модель нестационарного нелинейного теп-ломассопереноса, позволяющая рассчитать поля давления, скорости и температуры в охлаждающих элементах. Проведено численное моделирование гидродинамики и теплообмена в TOA с ПТЭ и МКТЭ с непроницаемыми теплонапряженными поверхностями с учетом «двухтемпературного» состояния, при граничных условиях первого и второго рода.

Достоверность обеспечена обоснованным использованием общепринятых законов гидродинамики и теплообмена, теоретических допущений и ограничений, корректностью постановки задачи, использованием современных приборов и методов исследования и подтверждается качественным и количественным согласованием результатов расчета с экспериментальными данными.

Практическая значимость и реализация работы:

1. Разработанные математические модели и методики расчета процесса тепло-массопереноса в пористых и микроканальных структурах со сложной геометрией позволяют рассчитать поля давления, скорости и температуры и служат основой для проектирования новых и повышения эффективности существующих систем охлаждения, работающих в стационарных и нестационарных режимах.

3. Исходя из полученных теоретических результатов и экспериментальных исследований, даны практические рекомендации для создания новых микроканальных TOA.

Результаты работы внедрены и используются:

• на предприятиях ЗАО «Кодофон» г. Воронеж, ООО «ВЭКС-Энерго» г. Воронеж; в учебном процессе на кафедре «Ракетные двигатели» ВГТУ.

Внедрения подтверждены соответствующими актами (приложение).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 3 патента на полезную модель, 1 патент на изобретение. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1-3, 5-8, 10] - проведение аналитических и численных расчетов гидродинамики и теплообмена; [6] -конфигурирование системы обработки экспериментальных данных; [12] - анализ и определение перспективных направлений исследования, [4, 9] - разработка конструкции TOA, [11, 13, 14] - моделирование теплогидравлических процессов с использованием программного комплекса FlowVision.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы из 166 наименований и приложения. Основная часть изложена на 161 странице, содержит 142 рисунка, 17 таблиц.

Заключение диссертации по теме "Теплофизика и теоретическая теплотехника"

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Установлены закономерности протекания пульсационных и переходных процессов в пористых структурах со сложной геометрией и непроницаемыми теп-лонапряженными поверхностями. Разработана аналитико-численная методика расчета гидродинамики течения охладителя в ПТЭ клиновидной формы, отличающаяся учетом двухмерности течения охладителя. Установлено, что время релаксации переходного процесса имеет порядок ¿0~1//? = р. Также установлено, что время тепловой стабилизации для материала каркаса медь в 5 раз меньше чем для титана и имеет порядок ~ 1 с.

2. Разработана ЗР математическая модель нестационарного нелинейного теп-ломассопереноса, позволяющая рассчитать поля давления, скорости и температуры в охлаждающих элементах. Проведено численное моделирование гидродинамики и теплообмена в ТОА с ПТЭ и МКТЭ с непроницаемыми теплонапряженными поверхностями с учетом «двухтемпературного» состояния, при граничных условиях первого и второго рода. Определено соотношение «теплосъём-перепад давления» для пористых матриц различной геометрии и материала каркаса.

3. На основании экспериментальных данных получены новая критериальная зависимость для определения числа Нуссельта Ии - 6,1 • 10~6 ЯеРг, а также новые выражения для определения вязкостного и инерционного коэффициентов сопротив

3 91 5 33 ления а = 0,35П~ ; /? = 0,14П~ ' в пористой среде, образованной матрицей нитевидных монокристаллов кремния. Данные зависимости применимы в диапазоне ЯеЮДИ.ЛОО, П = 0,3.0,5. Уточнены критериальные зависимости для определения вязкостного и инерционного коэффициентов сопротивления а - 517(1 -П) П~Х~2; Р~ 0,815(1 - П)П-4,72й?ч-1 в пористом теле из спеченных гранул титана или меди сферической формы с с1ч - 100.300мкм.

4. Разработан, запатентован и исследован теоретически и экспериментально новый тип микроканального ТОА на основе матрицы нитевидных кристаллов монокристаллического кремния для охлаждения электронной аппаратуры, отличающийся высокой эффективностью и надежностью.

5. Результаты внедрены и используются:

- ЗАО «Кодофон» г. Воронеж, ООО «ВЭКС-Энерго» г. Воронеж - методика расчета микроканальных систем охлаждения;

- ФГБОУ ВПО ВГТУ - методика экспериментальных исследований гидрогазодинамических процессов.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Шматов, Дмитрий Павлович, Воронеж

1. Дульнев Г. Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре: Учебник для вузов по специальности «Конструирование и производство радиоаппаратуры». Москва, издательство Высшая школа, 1984. 247 с.

2. Ященко А. Технология охлаждения процессоров / А. Ященко. -http://www.3dnews.ru/cooling/ohlazhdenie.

3. Об одном подходе к математическому моделированию тепловых режимов радиоэлектронной аппаратуры и электронной техники Г.В. Кузнецов, М.А. Шеремет Микроэлектроника, 2008, том 37, № 2, с. 150-158

4. Проектирование и испытания охладителей силовых полупроводниковых приборов С.А. Панфилов, В.М. Каликанов, Ю.А. Фомин, A.C. Саванин. Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2008. №3. С. 41-43

5. Исследование системы охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры, работающих в режиме повторно-кратковременных тепловыделений Т.А. Ис-маылов, О.В. Евдулое, М.М. Махмудова, Д.В. Евдулов Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2008. Вып. 5. С. 52-59

6. Ройзен Л.И. Дулькин И.Н. Тепловой расчет оребренных поверхностей. М.: Энергия, 1977.

7. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплообменных установок / Под ред. Бакластова A.M. М.: Энергоиздат, 1981 г.

8. Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы: Справочник / Под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. М.: Энергия, 1980.

9. Определение затрат мощности и оптимальных размеров охладителя газа / Кондаков С.А., Герке В.Г., Соченов В.Н. // Физ. процессы и явления, происходящ. в теплоэнерг. установках / Брян. гос. техн. ун-т. Брянск, 1997. - С. 41-47. - Рус.

10. К проектированию и оптимизации системы воздушного охлаждения с развитым оребрением / Илюхин М.К. // Регион, межвуз. семин. "Процессы теплообмена в энергомашиностроении". Тез. докл. Воронеж, 1995.

11. Free stream cooling of a stack of parallel plates / Morega A.M., Bejan A., Lee S.W. // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1995.

12. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. М.: Энергоатомиздат, 1990.

13. Вихарев JI. Как нужно работать, чтобы не сгореть на работе, или Кратко о методах и средствах охлаждения РЭА (окончание) / JI. Вихарев // Силовая электроника, №1, 2006. С. 62-67.

14. Нанотрубки заменят медь в системах охлаждения. http://gizmod.ru/ 2007/04/03/nanotrubkizamenjatmedvsistemaxoxlazhdenija.

15. Охлаждение компьютеров улучшено на 250%. http://gizmod.ru/ 2007/08/17/oxlazhdeniekompjuterovuluchshenona250.

16. Численное исследование теплообмена при взаимодействии плоской пульройств Труды Четвертой Российской национальной конференции по теплообмену. Т. 6. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. С. 204-206.

17. Зубаль И. Экстремальное охлаждение процессоров / И. Зубаль. -http ://www. ferra.ru/onl ine/cooling/ s25203.

18. Щульц-Хардер Д-р Юрген. В поисках идеального решения: жидкостное охлаждение в современных компактных корпусах высокой мощности / Д-р Юрген Щульц-Хардер, С. Валев // Силовая электроника, №3, 2005. С. 92-95.

19. Термо-акустичекий кулер для процессора. http://gizmod.ru/ 2007/06/13/termo-akustichekijkulerdljaprotsessora.

20. Микрокриогенные системы на базе газовых криогенных машин сплит -стерлинга. http://www.cryontk.ru/main.php?id=30.

21. Принципиально новая система охлаждения от MSI. http://gizmod.ru/ 2008/03/04/printsipialnonovajasistemaoxlazhdenijaotmsi.

22. Пат. 4600050 США F28D 15/02 (20060101); Н05К 7/20 (20060101); F28D 015/00 Теплообменный аппарат / Noren; Don W. № 06/727,588.

23. Пат. 5253702 США F28D 15/02 (20060101); H01L 23/427 (20060101); H01L 23/34 (20060101); F28D 015/02 (); H01L 023/427 Встроенная тепловая труба, тепло-обменный аппарат и прижимная пластина / Davidson; Howard L. и др. № 07/820,566.

24. Пат. 5409055 США H01L 23/427 (20060101); H01L 23/34 (20060101); Н05К 7/20 (20060101); F28D 015/00 Радиатор с тепловой трубой для электроники / Tanaka; Suemi. № 08/035,376.

25. Пат. 4638854 США F28D 15/02 (20060101); F28D 015/00 (); F28F 001/30 Тепловые трубы / Noren; Don W. № 06/504,527.

26. Пат. 4640347 США F28D 15/02 (20060101); F28D 15/04 (20060101); F28D 015/00 Тепловая труба / Grover; George M. № 06/600,478.

27. Пат. 4106554 США F28D 15/02 (20060101); F28D 015/00 Усилитель тепловой трубы / Arcella; Frank G. № 05/818,779.

28. Пат. 4697205 США H01L 23/34 (20060101); H01L 23/427 (20060101); H01L 023/46 (); H01L 023/36 (); H01L 023/14 () Тепловая труба / Eastman; George Y. № 06/839,087.

29. Пат. 4683940 США F28D 15/04 (20060101); F28F 027/00 (); F23D 015/00 () Однонаправленная тепловая труба / Ernst; Donald M. № 06/886,218.

30. Пат. 5029389 США F28D 15/02 (20060101); F28D 15/04 (20060101); В23Р 015/26 () Способ создания тепловой трубы с улучшенной конечной частью / Tanzer; Herbert J. № 07/132,850.

31. Пат. 5982616 США G06F 1/20 (20060101); Н05К 7/20 (20060101); G06F 001/20 (); Н05К 007/20 () Электронное устройство с присоединяемой блоком с охлаждаемой тепловой трубой / Moore; David А. № 08/917,794.

32. Пат. 4019098 США H01L 25/10 (20060101); Н05К 7/20 (20060101); H01L 23/34 (20060101); H01L 23/427 (20060101); Н05К 007/20 () Система охлаждения с тепловой трубой для электронных устройств / McCready; Raymond George. № 05/584,313.

33. Пат. 4104700 США Н05К 7/20 (20060101); H01L 23/34 (20060101); H01L 23/427 (20060101); Н02В 001/00 () Охлаждение тепловой трубой полупроводниковых систем / Hutchison; Robert V. № 05/764,064.

34. Пат. 4320246 США F24J 2/04 (20060101); F24J 2/32 (20060101); H01L 31/052 (20060101); H01L 031/04 (); F24J 003/02 ()Uniform surface temperature heat pipe and method of using the same / Russell; George F. № 06/058,904.

35. Пат. 4503483 США F28D 15/02 (20060101); G12B 15/02 (20060101); F28D 15/04 (20060101); G12B 15/00 (20060101); H05K 7/20 (20060101); H05K 007/20 ()Heat pipe cooling module for high power circuit boards / Basiulis; Algerd. № 06/374,118.

36. Пат. 4413671 США F28D 15/06 (20060101); F28D 015/00 (); F28F 013/00 () Switchable on-off heat pipe / Basiulis; Algerd. № 06/374,570.

37. Пат. 5035281 США H05K 7/20 (20060101); H01L 023/467 (); F28D 015/02 QHeat exchanger for cooling and method of servicing same / Neuenfeldt; Douglas L. и др. № 07/405,285.

38. Пат. 6137683 США G06F 1/20 (20060101); H01L 23/34 (20060101); F28D 15/02 (20060101); H01L 23/427 (20060101); H05K 7/20 (20060101); H05K 007/20 QHeat-dissipating device for an electronic component / Lee; Chuan-Yuan и др. № 09/410,037.

39. Пат. 6125035 США G06F 1/20 (20060101); G06F 001/20 (); Н05К 007/20 ()Heat sink assembly with rotating heat pipe / Hood, III; Charles D. и др. № 09/170,510.

40. Двухфазные термосифоны и их применение в промышленности / Пиоро Л.С., Пиоро И.Л.- Киев: Наук, думка, 1988.- 136 с.

41. Баранов В. Новые кулеры на тепловых трубках от Ice Hammer, Foxconn и Evercool. http://oszone.net/4473/IceHammerFoxconnEvercool.

42. Ю.Ф. Майданик Достижения и перспективы развития контурных тепловых труб Труды Четвертой Российской национальной конференции по теплообмену. Т. 1. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. С. 84-92.

43. С.В. Вершинин, Ю.Ф. Майданж, М.А. Чернышева Гистерезисные явленияпри парообразовании в контурной тепловой трубе Труды Третьей Российской национальной конференции по теплообмену. Т. 4. М.: Издательский дом МЭИ, 2002. С. 245-248.

44. В.Н. Буз, КА. Гончаров, В.А. Антонов Моделирование динамических характеристик контурной тепловой трубы с регулятором Труды Четвертой Российской национальной конференции по теплообмену. Т. 5. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. С. 61-64.

45. Активные теплопроводы АЕТ CL-1000 SERIES, http ://www. ixbt. com/news/all/index. shtml?0 8/7 5/27.

46. Необычная система жидкостного охлаждения AquaCube. http://gizmod.ru/2008/02/06/neobychnajasistemazhidkostnogooxlazhdenijaaquacube

47. Жидкий металл и охлаждение процессора это не фантастика. -http://news.ferra.ru/hard/2008/07/20/80132.

48. Что там у вас булькает? Компьютерра №18, 17.05.2005.

49. Магнитное охлаждение процессора, http ://www. 3 dnews .ru/ne ws/magnitnoeohlazhdenieprotsessora.

50. Поляев В.M., Майоров В.А., Васильев Л.Л. Гидродинамика и теплообмен в пористых элементах конструкций летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1988.- 168 с.

51. Белов C.B. Пористые металлы в машиностроении. М.: Машиностроение, 1981.-248 с.

52. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. В 2 кн. Кн. 2. Учебн. Для авиац. спец. вузов / А.П. Васильев, В.М. Кудрявцев, В.А. Кузнецов и др.; Под ред. В.М. Кудрявцева.-4-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1993. 368 с.

53. Епифанов В.М. Создание высокотемпературных ГТУ с перспективными системами охлаждения за рубежом. НИИинформэнергомаш, 1980. 46 с.

54. Пат. 4106188 США, НО 1L 23/42 (20060101 ); НО 1L 23/34 (20060101 ); НО 1L 23/427 (20060101); Н01В 019/00 Транзистор, охлаждаемый тепловой трубкой / Sekhon, et al. №4047198.

55. Пат. 5790376 США G06F 1/20 (20060101); H01L 23/34 (20060101); H01L 23/427 (20060101); Н05К 007/20 Теплорассеивающая подложка для электронных компонентов / Moore. № 08/744,624.

56. Пат. 6034875 США H01L 21/60 (20060101); H01L 21/02 (20060101); Н05К 3/34 (20060101); H01L 23/34 (20060101); H01L 23/367 (20060101); Н05К 3/22 (20060101); Н05К 007/20 Охлаждающая структура для электронных компонентов / Heim; Craig G. и др. № 09/098,977.

57. Пат. 6082443 США F28D 15/02 (20060101); H01L 23/34 (20060101); H01L 23/427 (20060101); H01L 23/373 (20060101); H01L 23/367 (20060101); F28D 015/00 Устройство охлаждения с тепловой трубкой / Yamamoto; Masaaki и др. № 09/023,372/

58. Дроздов И.Г., Коновалов Д.А., Кожухов H.H., Габасова Э.Р., Шматов Д.П. Устройство для охлаждения катода плазмотрона. Патент на полезную модель МПК 51449 от 11.07.2005.//Бюл.№ 4 от 10.02.2006.

59. Пат. 3433299 США F28F 1/42 (20060101); F28F 1/10 (20060101); F28F 13/00 (20060101) Heat exchanger of porous metal / Robert B. Fleming и др. № 616644.

60. Пат. 3323586 США F28F 13/00 (20060101); F28D 7/10 (20060101) Concentric tube heat exchanger with sintered metal matrix / Frederick A. Burne и др. № 40385782. A.c. 486205 СССР.

61. Плаксеев A.A., Харитонов В.В. Теплообмен в каналах с пористыми вставками при вынужденном течении жидкости // Инженерно-физический журнал, -1989, т. 56, № 1, С. 36-44.

62. Харитонов В.В., Плаксеев A.A. Предельные тепловые нагрузки в лазерных зеркалах с охлаждаемой пористой подложкой // Теплофизика высоких температур, 1983, Т.21, № 1,С. 86-91.

63. Субботин В.И., Харитонов В.В., Плаксеев A.A. Теплообмен в пористой подложке охлаждаемых лазерных зеркал // Теплофизика высоких температур, 1983, т.21, № 1, С. 92-100.

64. Петухов Б.С., Алексеев В.А., Зайгарнин В.А. Проблема теплообмена в охлаждаемых зеркалах технологических лазеров // Теплофизика высоких температур, 1985, т.23, № 6, С. 1200-1210.

65. Поляев В.М., Пелевин Ф.В., Затонский А.В. Методика расчета и оптимизация теплообменника с межканальной фильтрацией теплоносителя // Теплоэнергетика, 1997,-№6,- С. 49-52.

66. Поляев В.М., Фалеев В.В., Дроздов И.Г. О фильтрации в пористом клине при наличии локальных зон //Изв. ВУЗов Машиностроение 1989, № 8. С. 56-60.

67. Дроздов И.Г., Шитов В.В. Температурное поле пористой пластины // Теплообмен в энергетических установках и повышение эффективности их работы. -Воронеж: Воронеж. Политехи, ин-т. 1991. С. 54-58.

68. Фалеев В.В., Дроздов И.Г. О тепловом состоянии пористй среды в условиях нелинейной фильтрации охладителя //Дисперсные потокии пористыесреды:Тр. Первой Российской нац. конференции по теплообмену. -М.: Изд-во МЭИ. 1994. Т.7. С.190-194.

69. Faleev V.V., Drozdov I.G., Portnov V.V. Simulation of heat and mass transfer with porous cooling throat of nozzle of jet engine //Third China-Russia-Ukraine symposium on astronatical scieence and technology. XFAN China, september 16-20, 1994, p.244.

70. Дроздов И.Г. Экспериментальные исследования фильтрации в пористом элементе / И.Г. Дроздов, Н.Н. Кожухов // Вестник. Научно-технический журнал Воронежского государственного технического университета Серия "Энергетика" 2005. -Т. 1. № 6. - С. 13-17.

71. Дроздов И.Г. Моделирование гидродинамики пористых элементов тепло-обменных аппаратов / И.Г. Дроздов, Н.Н. Кожухов, Д.А. Коновалов // Наука производству. Ежемесячный научно-технический журнал 2003. - № 12(68). - С. 39-43.

72. Дроздов И.Г. Экспериментальные исследования теплообмена в каналах энергетических установок / И.Г. Дроздов, Н.В. Мозговой, Н.Н. Кожухов, Э.Р. Габа-сова // Наука производству. Ежемесячный научно-технический журнал 2005. - № 3(83). - С. 36-40.

73. Дроздов И.Г. Численное моделирование теплового состояния пористого клиновидного элемента с криволинейной границей / И.Г. Дроздов, Н.Н. Кожухов // Системы управления и информационные технологии, Изд. «Научная книга». 2005. -№3(20).-С. 17-19.

74. Дроздов И.Г. Моделирование теплогидравлических процессов в пористых компактных теплообменниках энергоустановок / И.Г. Дроздов, Д.А. Коновалов, H.H. Кожухов // Монография. Воронеж: Воронеж, гос. техн. ун-т. 2005. - 174 с.

75. В.В. Фалеев, И.Г. Дроздов, Д.А. Коновалов, H.H. Кожухов Оптимизация компактного теплообменника для систем управления тепловыми процессами. Труды Третьей Российской национальной конференции по теплообмену. Т. 6. М.: Издательский дом МЭИ, 2002. С. 209.

76. Дроздов И.Г., Кожухов H.H., Мозговой Н.В., Шматов Д.П. Устройство охлаждения электронных компонентов. Патент на полезную модель № 51441 от 11.07.05.

77. Дроздов И.Г., Кожухов H.H., Коновалов Д.А., Мозговой Н.В., Шматов Д.П. Устройство охлаждения для электронных компонентов. Патент на полезную модель № 58788 от 24.04.2006.

78. Colgan E.G. A practical implementation of silicon microchannel coolers for high power chips / E.G. Colgan, B. Furman, M. Gaynes and etc. // Components and Packaging Technologies. -2007. -V. 30. P. 218-225.

79. Skuriat R. Direct substrate cooling of power electronics / R. Skuriat, C.M. Johnson // Power Electronics and Applications. EPE '09. 13th European Conference on. -2009.-P. 1-10.

80. IBM cools 3-D chips with H20. Water cooling advance paves way for highperformance 3-D chip stacks. Электрон. дан. - Режим доступа:http://www.zurich.ibm.com/news/08/3Dcooling.html.

81. Single-phase, miniaturized convective cooling. Электрон, дан. - Режим доступа: http://www.zurich.ibm.com/st/cooling/convective.html.

82. Bryan С.С. Double-sided liquid cooling for power semiconductor devices using embedded power technology: thes. Master of science / Bryan Charles Charboneau. -Virginia Polytechnic Institute and State University. 2005. - 85 p.

83. Дзюбенко Б.В. Интенсификация тепло- и массообмена на макро-, микро-и наномасштабах / Б.В. Дзюбенко, Ю.А. Кузма-Кичта, А.И. Леонтьев, И.И. Федик, Л.П. Холпанов // Монография. М.: ФГУП «ЦНИИАТОМИНФОРМ». 2008. - 532 с.

84. В.Е. Накоряков, В.В. Кузнецов Тепломассообмен при фазовых переходах и химических превращениях в микроканальных системах Труды Четвертой Российской национальной конференции по теплообмену. Т. 1. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. С. 33-37.

85. О.А. Кабов Локально нагреваемый двухфазный поток в микроканале Российской национальной конференции по теплообмену. Т. 1. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. С. 60.

86. Koo J. Integrated microchannel cooling for three-dimensional electronic circuit architectures / J. Koo, I. Sungjun, L. Jiang, K.E. Goodson. Journal of heat transfer. -Vol. 127.-2005.-p. 49-58.

87. B.H. Буз К.А. Гончаров Моделирование парообразования в мелкопористых капиллярных структурах Труды Третьей Российской национальной конференции по теплообмену. Т. 5. М.: Издательский дом МЭИ, 2002. С. 165.

88. А.А. Кирейцев, Ф.В. Пелевин К вопросу об оптимизации пористых трактов для рекуперативных теплообменных аппаратов Труды Третьей Российской национальной конференции по теплообмену. Т. 8. М.: Издательский дом МЭИ, 2002.1. С. 126.

89. И.Г. Дроздов, H.H. Кожухов, Э.Р. Габасова Моделирование гидродинамики течения охладителя в пористом элементе с криволинейной границей Труды Четвертой Российской национальной конференции по теплообмену. Т. 6. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. С. 60.

90. РНКТ 3 Т.5 2002 г. С. 297-300. Исследование течения и теплообмена в каналах с пористыми вставками различной конфигурации. К.А. Попов, A.M. Аль-Мехериг.

91. Федоткин И.М. Интенсификация теплообмена в аппаратах пищевых про-зводств / И.М. Федоткин, B.C. Липсман. М.: Пищевая промышленность, 1972. -240 с.

92. Валуева Е.П. Особенности процесса конвективного теплообмена при пульсирующем турбулентном течении газа в трубе / Е.П. Валуева, A.A. Кулик // Теплоэнергетика. 2006. - № 5. - С. 50-55.

93. Михеев Н.И. Гидродинамические и тепловые процессы в пульсирующих потоках в гладких трубах / Н.И. Михеев, В.М. Молочников, И.А. Давлетшин, Ф.С. Занько, Г.В. Стинский // Известия Академии наук. Энергетика. 2009. - № 6. - С. 151-164.

94. Валуева Е.П. Динамические характеристики газового трубопровода при пульсирующем турбулентном течении / Е.П. Валуева, A.A. Кулик // Труды третьей российской национальной конференции по теплообмену. Т. 2. М.: Издательский дом МЭИ, 2004. С. 79-82.

95. Голованов А.Н. Гидродинамические и тепловые характеристики систем пористого охлаждения при наличии малых периодических возмущений // Инженерно-физический журнал, 1994. Т. 66. №6. С. 695-701.

96. Петровский Ю.В., Фастовский В.Г. Современные эффективные теплообменники. М. Л., Госэнргоиздат, 1962.

97. Петухов Б.С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах. М., изд-во «Энергия», 1967.

98. Дроздов И.Г. Гидродинамическая картина течения пульсирующего охладителя в пористых элементах / И.Г. Дроздов, Д.П. Шматов, А.Д. Чернышов // Вестник Воронеж, гос. техн. ун-та, 2005. Т. 1. № 6. С. 42-46.

99. Фалеев C.B. Моделирование процесса фильтрации в пористом клине при степенном законе сопротивления / C.B. Фалеев, И.Г. Дроздов // Теплоэнергетика. Воронеж: ВГТУ, 1995. С. 4-9.

100. Чернышов А.Д. Точные решения задачи о колебаниях сложных полей в угловой области // Дифференциальные уравнения. Минск, 1998. Т. 34. № 3. С. 425427.

101. Дроздов И.Г. Об одном методе решения нестационарных задач фильтрации маловязкого охладителя / И.Г. Дроздов, A.A. Брюханов, А.Д. Чернышов // Вестник Воронеж, гос. техн. ун-та, 2002. Вып. 7.2. С. 68-72.

102. Шматов Д.П. Моделирование начальной стадии фильтрации в пористой стенке / Д.П. Шматов, И.Г. Дроздов // Авиакосмические технологии: труды VII междунар. науч.-техн. конф. Воронеж: ВГТУ, 2006. С. 487-491.

103. Шматов Д.П. Численное моделирование теплового состояния в пористых теплообменниках при эксплуатации энергосистем / Д.П. Шматов, H.H. Кожухов, Н.В. Хрипунов // XII Туполевские чтения: Междунар. молодежная науч. конф. Казань, 2004. Т.1.С. 182-183.

104. Шматов Д.П. Применение компактных теплообменников в теплотехноло-гических процессах / Д.П. Шматов, И.Г. Дроздов // Образование, наука, производства: сб. тез. докл. II Междунар. форума. Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2004. -Ч.З. - С. 212.

105. Шматов Д.П. Моделирование переходного режима течения охладителя в пористых элементах / Д.П. Шматов, И.Г. Дроздов // Сборник трудов победителей конкурса на лучшую научную работу студентов и аспирантов ВГТУ. Воронеж: ВГТУ, 2008. С. 112-113.

106. Белов C.B. Вязкостный и инерционный коэффициенты насадок и пористых металлов из сферических частиц // Изв. вузов. Машиностроение, 1976, № 10. С. 87-90.

107. Майоров В.А. Теплопроводность пористых металлов // Тепло- и массооб-мен в системах с пористыми элементами. Минск: ИТМО АН БССР, 1981. С. 121130.

108. Карпинос Д.М., Клименко В.М. Пористые конструкционные материалы и их теплофизические свойства Киев: Знание, 1978. 32 с.

109. Майоров В.А. Течение и теплообмен однофазного охладителя в пористых металлокерамических материалах // Теплоэнергетика, 1978, №1. С. 64-70.

110. Дроздов И.Г. Система обработки теплофизических параметров при исследовании интенсификации теплообмена / И.Г. Дроздов, Н.В. Мозговой, H.H. Кожухов, Э.Р. Габасова // Вестник ВГТУ. 2004. выпуск 7.4. С. 81-84.

111. Баженов В. И. Основы планирования и моделирования в теории инженерного эксперимента / В. И. Баженов, А. Н. Стрельченко // Изд.: МАИ. 1983 г. 59 с.

112. Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. -М.: Энергия, 1979.-318 с.

113. Задачник по теплопередаче / Краснощеков Е.А., Сукомел A.C. // Изд.: Энергия. 1980 г. 288 с.

114. Теория и техника теплофизического эксперимента. Учеб. пособие для вузов / Ю.Ф. Гортышов, Ф.Н. Дресвянников, Н.С. Идиатуллин и др. Под ред. В.К. Щукина. М.: Энергоатомиздат, 1985.- 360 с.