Исследование способов улучшения тепловых режимов теплонагруженных микроэлектронных устройств

• Автор: Палий, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 140 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

2 ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ТЕПЛООТВОДОВ

2.1 Скорость тепломассопереноса, направленное и случайное перемещение носителей.

2.2 Тепловая труба устройство, принцип действия.

2.3 Методика расчета эффективности тепловой трубы на основе аэродинамической теории газов.
2.4 Исследование областей поверхности радиатора с точки зрения распространения теплового поля

2.5 Оригинальные конструкции конденсоров тепловой трубы

2.5.1 Конденсор тепловой трубы в виде модели абсолютно черного тела

2.5.2 Конденсор тепловой трубы в виде лазерного рефрижератора.

2.5.3 Конденсор тепловой трубы на основе адиабатического размагничивания парамагнитного вещества.
2.6 Итоги раздела
3 ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМЫ РАДИАТОРА В УСЛОВИЯХ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ.
3.1 Зависимость температуры источника от формы радиатора и их взаиморасположения
3.2 Зависимость температуры источника от его расположения в радиаторе.
3.3 Зависимость температуры источника от расположения приемника тепла.
3.4 Сравнение температур на источнике при радиаторах сферической и стержневой форм в переходном процессе.
3.4.1 Радиатор в виде стержня.
3.4.2 Сферический радиатор
3.5 Расчет радиаторов в виде стержня и сферы.
3.6 Итоги раздела
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМЫ РАДИАТОРА В КОНВЕКТИВНОМ ПОТОКЕ
4.1 Конвекция как гидроаэродинамическая задача.
4.2 Обтекание шара потоком жидкости
4.3 Распределение скоростей в системе тело поток.
4.4 Повышение скорости теплоотвода в тепловых трубах за счет оптимизации паропровода в представлении волновой теории
4.5 Теория подобия в задаче обтекания тела потоком
4.6 Электростатический аналог обтекания тела потоком
4.7 Итоги раздела
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ИСТОЧНИКА В РАЗЛИЧНЫХ РАДИАТОРАХ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Во втором разделе приводится устройство и принцип действия тепловой трубы. Предлагается методика расчета ее эффективности отличающаяся от существующих отсутствием многочисленных эмпирических коэффициентов. Предлагаются оригинальные конструкции конденсоров для тепловых труб. Анализируется общий подход к описанию и расчету эффективности теплоотвода радиаторов. В третьем разделе рассматривается влияние взаиморасположения источника и приемника тепла на температуру источника. Исследуется зависимость температуры источника от его расположения в радиаторе. Оптимизируется форма радиатора в условиях теплопроводности, с использованием электротепловой аналогии, с целью минимизации температуры теплонагруженного элемента. Делается сравнительный расчет радиаторов стержневой и сферической форм в переходном режиме. В четвертом разделе предлагается метод электростатической аналогии для оптимизации массогабаритных параметров радиаторов. Строится модель обтекаемого потоком радиатора с внутренним источником тепла. Производится сравнительный анализ эффективности известных и оптимизированных конструкций радиаторов. Приводятся оптимизированные конструкции паропровода тепловой трубы на основе анализа движения частицы со сверхзвуковой скоростью, с целью повышения эффективности теплоотвода. В пятом разделе описываются проведенные экспериментальные исследования опытных образцов оптимизированных радиаторов. Производится сравнение температур источника в оптимизированном и штыревом радиаторах. В заключении приведены основные результаты выполненных исследований и выводы по работе. В приложении 1 приведены вспомогательные материалы по моделированию для четвертого раздела диссертации. В приложении 2 приведены акты внедрения результатов работы. В данном разделе приводятся описание и сравнение способов обеспечения нормального теплового режима отдельных теплонагруженных элементов и приборов в целом. Выбор конкретной системы зависит от конструкторских особенностей аппаратуры, от рассеиваемой мощности и внешних условий. В тех случаях, когда конструкция аппаратуры позволяет непосредственно охлаждать теплонагруженный элемент, в зависимости от рассеиваемой мощности, применяют теплопроводность, естественную и принудительную конвекцию газа и жидкости и др. Если же эффективности этих методов недостаточно, необходимо применять теплоотводы. Применение радиаторов обусловлено большим коэффициентом теплопроводности, превышающим коэффициент теплопроводности газа на несколько порядков, и жидкости в десятки раз. Тепловые трубы применяются из-за обеспечения высокой скорости теплоотвода при небольших температурных перепадах. Теплоотвод в этом случае обеспечивается изменением агрегатного состояния и циклическим движением рабочего вещества от . Процесс передачи тепла теплопроводностью объясняется следующими явлениями - обменом кинетической энергией между молекулами, атомами и электронами вещества [-]. Эти явления существуют в тех случаях, когда в различных точках одного и того же тела температура различна, либо когда два тела с различными температурами контактируют между собой. Обычно хорошие проводники электричества, являются также и хорошими проводниками тепла. Ввиду того, что перенос электричества осуществляется потоком электронов, логично предположить, что перенос тепла также может быть одним из свойств электронов. Для других веществ теплопроводность будет определятся в основном обменом кинетической энергией между молекулами и атомами. При изучении теплопроводности различают установившиеся и неустано-вившиеся тепловые процессы. Тепловой процесс считается установившимся, или стационарным, в тех случаях, когда температура в каждой точке тела или системы тел не изменяется во времени. Основной закон теплопроводности был впервые сформулирован Ж. Фурье и обычно носит его имя []. Перенос тепла от «горячего» к «холодному» вызывается обменом кинетических энергий молекул с разными скоростями. Чтобы вычислить поток энергии, следует сначала вычислить энергию, переносимую через единичную площадку.