翅柱式水冷CPU芯片散熱器冷卻與流動性能

王彬，諸凱，王雅博，劉圣春，魏杰

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翅柱式水冷CPU芯片散熱器冷卻與流動性能

王彬，諸凱，王雅博，劉圣春，魏杰

（天津商業(yè)大學天津市制冷技術(shù)重點實驗室，天津 300134）

如何在增強散熱效果的同時降低阻力損失已成為解決中央處理器（CPU）芯片水冷散熱問題的關(guān)鍵。本文從翅柱數(shù)量、分布、結(jié)構(gòu)以及冷卻流體進出口方式等方面對3種水冷散熱器進行實驗研究，分別在控制冷卻流體流量和熱流密度的條件下比較不同翅柱結(jié)構(gòu)的壓力損失、芯片溫度及散熱器熱阻，得知散熱器四角帶有導流結(jié)構(gòu)以及水滴形翅柱結(jié)構(gòu)的散熱器在熱流密度為80W/cm2、流量為20mL/s時，芯片溫度分別為65.5℃和55.5℃，其熱阻分別為0.19K/W和0.14K/W，散熱性能均優(yōu)于傳統(tǒng)圓柱形翅柱散熱器。在流量為60mL/s時，圓柱形翅柱散熱器四角設(shè)置導流板及水滴形翅柱結(jié)構(gòu)散熱器的進出口壓力損失分別為34kPa和32kPa，壓力損失均小于傳統(tǒng)圓柱形翅柱散熱器。實驗表明在圓柱形翅柱散熱器的四角設(shè)置導流板，或者改變翅柱形狀為水滴形，不僅可強化對流換熱，而且可降低流動阻力。

傳熱；對流；流體力學；水冷散熱器；熱阻

隨著計算性能的不斷提高，中央處理器（CPU）芯片的能耗及產(chǎn)生的熱量也越來越大，芯片的散熱成為當今大型或超級計算機行業(yè)最為關(guān)注的問題。常規(guī)的風冷散熱技術(shù)相對比較成熟，但是高熱流密度芯片風冷散熱所帶來的風機耗能劇增以及噪聲問題，已嚴重阻礙了計算機性能的提高。研究表明，換熱系數(shù)與風速關(guān)系為0.8，壓力損失與風速的關(guān)系為Δ2，產(chǎn)生的噪聲與風速的關(guān)系為5，這將無法滿足高性能計算機發(fā)展的要求[1]。……