热管传热性能检测系统及其检测评估方法.pdf
- 文档编号:3219536
- 上传时间:2022-11-20
- 格式:PDF
- 页数:82
- 大小:4.82MB
热管传热性能检测系统及其检测评估方法.pdf
《热管传热性能检测系统及其检测评估方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《热管传热性能检测系统及其检测评估方法.pdf(82页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
上海交通大学硕士学位论文热管传热性能检测系统及其检测评估方法姓名:
张烈锋申请学位级别:
硕士专业:
工业工程指导教师:
程晓鸣;赵福星20071101I热管传热性能检测系统及其检测评估方法热管传热性能检测系统及其检测评估方法摘要摘要计算机芯片的集成度倍增,使得芯片功率和散热量增加。
利用液体工质的相变传热的热管散热器被广泛运用于CPU冷却。
为了满足热管大批量生产环节的传热性能检验质量控制,结合热管的基本性质和实际工作特点,重新设计了热管传热性能检测系统,简称为Qgo-nogo检测系统,它主要包括热管工件、加热系统装置、冷却系统装置和测量系统四部分。
通过对加热系统的设计改进,利用传热学中肋片的导热模型原理来给定模拟CPU上发热源温度,检验热管能否在有限的时间里将发热源温度控制在指定的范围内。
并建立了一套完整系统的热管传热性能检测方法。
参照QS9000或ISO/TS16949对量测系统的相关要求,采用均值-全距法和变异数分析法分别对整个量测系统进行了全面的分析比对。
同时通过VISUALBASIC程序语言编写的界面测试系统的软件来控制整个量测系统。
最后列举了一个实际案例,详细地介绍了这套检测系统的检测方法。
结果表明:
Qgo-nogo检测系统能够同时测出热管的温差T,Tcase温度,传热能力Qin及热管的热阻Rhp等参数,并且测试时间也能够满足大批量生产在线检测质量控制的产能要求。
关键词关键词计算机芯片,热管,传热性能,Qgo-nogo检测系统,均值全距法,变异数分析法IIASYSTEMFORMEASURINGTHEHEATTRANSFERPERFORMANCEOFHEATPIPEANDITSEVALUATINGMETHODABSTRACTThepowerratingandtheheatdissipationincreasesdramaticallyasthedensityoftheelectroniccircuitoncomputersprocessorincreasing.Therefore,theheatpipe,whichusesthephasetransitionoftheworkingfluid,iswidelyadoptedinthecoolingsystemforprocessor.Inordertoensurethequalityofheattransferperformanceofheatpipeinthemassproduction,asystemformeasuringtheheattransferperformanceofheatpipewasredesignedinaccordancewiththecharacterandworkconditionofheatpipe,thatisalsocalledQgo-nogomeasuringsystem,whichmainincludeheatpipe,heatingsystem,coolingsystemandtestingsystem.Theheatingsystemisdevelopedwiththefinmodelofheattransferandcontrolledthetemperatureofthesimulateprocessor,whichwastestedtheheatpipeifitcanbedissipatedthesettemperatureofthesimulateprocessorlessthanthespecificationinthelimitedtime.VisualBasic6.0asoperationsystemandestablishedanintegratedmeasuringmethodoftheheattransferperformanceofheatpipe.ThemeasurablecapabilityofthewholemeasuringsystemisverifiedbyaverageandrangemethodandANOVAmethodbaseontherelatedrequirementsofQS9000orISO/TS16949systemformeasuringsystem.Finally,atestexamplewasdetailedillustratedtheoperatingmethodofthemeasuringsystem.ThetestresultalsoverifiedthatthedeltaT,Tcasetemperature,Qin,thermalresistanceRhpandetc.canbefulfillingtheneedinthemassproduction.KEYWORDScomputersprocessor,heatpipe,thermalperformance,Qgo-nogomeasuringsystem,averageandrangemethod,ANOVAmethod上海交通大学上海交通大学学位论文原创性声明学位论文原创性声明本人郑重声明:
所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独进研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外,本论文包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法结果由本人承担。
学位论文作者签名:
张张烈烈锋锋日期:
月日上海交通大学上海交通大学学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全解学校有关保、使用学位论文的规定,同意学校保并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进检,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密保密,在解密后适用本授权书。
本学位论文属于保密保密。
(请在以上方框内打“)学位论文作者签名:
张张烈烈锋锋指导教师签名:
程晓鸣程晓鸣日期:
月日日期:
月日上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论1第一章绪论第一章绪论1.1热管的用途和原理构造1.1热管的用途和原理构造随着计算机在科研和工程领域中的广泛应用,目前对PC机能够处理的数据和运行的速度要求越来越高,这使得芯片的集成度倍增。
从Intel推出的第一代微处理器和微型计算机(19711973年)其集成度约为2,000管/片,到第二代微处理器和微型计算机(19731978年)集成度达到5,0009,000管/片,一直到1993年3月,Intel公司正式推出第五代微处理器Pentium集成度已经高达310万管。
2004年Intel公司推出下一代64位处理器Madison和Deerfield,其微处理器里的晶体管数目超过5亿个,据Intel公司估计,到2011年微处理芯片所带的晶体管数目可达到10亿个。
晶体管数目的显著增加直接导致了芯片功率和散热量的增加。
在2000年,个人电脑(PC)里使用的处理器的计时速度接近1GHz了,散热量接近50W,但是在2004年处理器的计时速度已经超过了3.0GHz了而散热量接近了100瓦1。
图1显示了近年来CPU散热功率的逐年变化的情况。
图1CPU散热功率逐年变化情况Fig1Time-lineofpowerdissipationforCPU上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论2为了适应CPU性能的不断提高而对CPU的冷却散热手段提出新的要求,CPU的冷却方式发生了许多变化。
从最初的自然对流散热到在CPU芯片上安装自然对流的散热器,到现在常规的使用风扇强迫冷却的散热器。
常规的散热器的散热方式都是采用铝制、铜制散热片外加风扇,依靠的是单相流体的强迫对流换热方法,这些方法只能用于热流密度不大于10W/cm2的CPU散热,目前已经不能够满足CPU芯片稳定工作的需要,特别是随着内部散热空间的减小,已无法采用常规的散热方式,必须采用新的技术来运用于CPU冷却中。
由于热管具有极高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、热流方向的可逆性、恒温环境的适应性等优良特点,可以满足CPU对散热装置紧凑、可靠、控制灵活、高散热效率、不需要维修等要求2。
典型的热管散热器如图2所示。
目前,热管技术已经广泛应用在电气设备散热、CPU和电子器件冷却、半导体组件以及大规模集成电路板的散热方面。
图2典型的热管散热器Fig2Typicalmodelofheatpipeheatsink热管技术是利用液体工质的相变传热,具有极高的传热效率,内热阻极小,当量导热系数极高,且具有很好的等温性,因此散热效果好,噪音低,使用寿命长。
上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论3它的工作原理如图3所示3,具体过程为:
当热管的一端受热时毛细芯的液体蒸发汽化,蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体,液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。
如此循环不已,热量由热管的一端传至另一端。
图3热管工作原理图Fig3Operationprincipleofheatpipe1.1.1热管基本理论热管基本理论Cotter在1965年首次提出了较完整的热管理论,从此奠定了热管研究的理论基础1,也成为热管性能分析和热管设计的根据,即Cotter理论。
Cotter理论认为热管蒸发段和冷凝段两端的毛细压力差Pcap是热管内部工作液体循环的推动力,是用来克服蒸汽从蒸发段流向冷凝段的阻力降Pv、冷凝液体从冷凝段回到蒸发段的压力降Pl和重力对流体流动引起的压力降Pg。
因此,PcapPv+Pl+Pg是热管正常工作的必要条件。
热管吸液芯中流体流动一般为层流。
Cotter建议用类似管内流动的公式来计算吸液芯多孔物质中液体的流动阻力。
对于热管内蒸汽的流动压降,考虑了蒸汽的径向流动所产生的影响。
并假定蒸汽的轴向流动为不可压缩层流流动,在蒸发段有蒸汽均匀地沿径向注入到流道中,而在冷凝段有蒸汽沿径向均匀地流向管壁,被吸液上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论4芯吸收。
并用径向雷诺数来判定蒸汽的径向流动的情况。
当|Rer|1时,蒸汽流动中粘滞力起支配作用,速度分布曲线接近于通常的Poiseuille抛物线。
在|Rer|较大时,蒸发段和冷凝段的流动情况有所不同。
对于热管内汽-液交界面压差与质量流之间的关系,在热管的蒸发段,为了维持工作液体连续的蒸发,必须使Pse大于Pve;而在冷凝段为了维持工作液体连续的冷凝,必须使Pvc大于Psc;Pse是与蒸发段液体液体表面温度Tse对应的蒸汽压力;Pve是蒸发段的蒸汽压力;Pvc是冷凝段的蒸汽压力;Psc是与冷凝段液体表面温度Tsc对应的蒸汽压力。
在热管的具体条件下,不计辐射,热流密度由对流和传导两部分组成。
热管工作时具有以下特征:
(1)轴向传热量大;
(2)轴向和径向的温度梯度都很小;(3)轴向导热量和对流相比可略去不计。
因此,热管的轴向对流的传热方式主要是对流(包括气体、液体两部分)。
轴向传热是由蒸汽流到冷凝段释放出潜热完成的。
Cotter理论的基本
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 热管 传热 性能 检测 系统 及其 评估 方法