Temperature profiles in a micro-processor cooled by direct refrigerant evaporation

• Autorzy: Lipnicki Z. , Lechów H. , Pantoł K.

Identyfikatory

DOI

10.1515/ceer-2016-0041

Warianty tytułu

PL

Analityczne rozwiązanie rozkładu temperatury wewnątrz mikroprocesora chłodzonego parującym czynnikiem chłodniczym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An analytical solution to the equation for cooling of a unit, in the interior of which heat is generated, is presented. For that reason, a simplified non non-stationary model for determination of the temperature distribution within the unit, temperature of the contact between unit and a liquid layer, and the evaporating layer thickness in the function of time, is elaborated. A theoretical analysis of the external cooling of the unit, by considering the phenomenon of the liquid evaporation with the use of the Fourier and Poisson’s equations, is given. Both, stationary - and non-stationary description of the cooling are shown. The obtained results of simulation seems to be useful in designing the similar cooling systems. A calculation mode for a cooling systems equipped with the compressor heat pump, as an effective cooling method, is also performed.

PL

W pracy przedstawiono analitycznie rozwiązanie problemu chłodzenia elementu, wewnątrz którego wydzielane jest ciepło spowodowane jego pracą. Zaproponowano uproszczony, niestacjonarny model teoretyczny, opisujący zjawisko, dzięki czemu określono rozkład temperatury wewnątrz elementu, temperaturę kontaktu między elementem a warstwą cieczy czynnika chłodniczego oraz grubość warstwy parowania w funkcji czasu. Problem chłodzenia rozwiązano teoretycznie wykorzystując równania Fouriera i Poissone’a przy spełnieniu odpowiednich warunków brzegowych. Rozwiązano dwa przypadki chłodzenia: stacjonarny i niestacjonarny. Otrzymane rozwiązania analityczne wydają się być przydatne w projektowaniu podobnych systemów chłodzenia. Wykonano również obliczenia dla układów chłodzenia wyposażonych w pompę ciepła, kompresor, jako skuteczny sposób chłodzenia.

Słowa kluczowe

EN

internal heat source; cooling; processor; vaprocompressor cycle; evaporation

PL

wewnętrzne źródła ciepła; czynnik chłodniczy; ciecz chłodząca; grubość warstwy; odparowywanie

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego
• Czasopismo: Civil and Environmental Engineering Reports
• Rocznik: 2016
• Tom: No. 22(3)
• Strony: 111--126
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., wykresy, wzory

Twórcy

autor

Lipnicki Z.

• University of Zielona Gora, Zielona Góra, Poland

autor

Lechów H.

• University of Zielona Gora, Zielona Góra, Poland

autor

Pantoł K.

• The State Higher Vocational School in Głogow, Głogów, Poland

Bibliografia

• 1. Carslaw H.S., Jaeger J.C.: Conduction of Heat in Solid, Oxford University Press 1959.
• 2. Staniszewski B.: Wymiana ciepła – podstawy teoretyczne, PWN Warszawa, 1980 (in Polish).
• 3. Talar J., Duda P.: Rozwiązywanie prostych i odwrotnych zagadnień przewodzenia ciepła, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2003 (in Polish).
• 4. Wang D.G., Muller P.K.: Improving cooling efficiency by increasing fan power usage, Microelectronics Journal 31, 765-771, 2000.
• 5. Darabi J.: An electrohydrodynamic polarization micropump for electronic cooling, Journal of Microelectromechanical Systems, 10, 98-105, 2001.
• 6. Darbi J., Ekula K.: Development of a chip-integrated micro cooling device, Microelectronics Journal 34, 1067-1074, 2003.
• 7. Cunha F. R., Sobral Y.D.: Asymptotic solution for pressure-driven flows of magnetic fluids in pipes, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 289, 314-317, 2005.
• 8. Ramos D.M., Cunha F.R., Sobral Y.D., Fontoura Rodrigues J.L.A.: Computer simulations of magnetic fluids in laminar pipe flows, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 289, 238-241, 2005.
• 9. Moreau E., Paillat T., Touchard G.: Space charge density in electric and conductive liquids flowing through a glass pipe, Journal of Electrostatics 51-52, 448-454, 2001.
• 10. Ribeiro, G. B., Barbosa Jr., J.R., Prata, A.T.: Mini-channel evaporator/heat pipe assembly for a chip cooling vapor compression refrigeration system, IJR 33 ( 2010 ) 1402-1412.
• 11. Marcinichen, J. B., Thome, J. R., Bruno, M.: Cooling of microprocessors with micro-evaporation: A novel two-phase cooling cycle, IJR33 (2010) 1264 – 1276.
• 12. Wu, D., Marcinichen, J. B., Thome, J. R.: Experimental evaluation of a controlled hybrid two-phase multi-microchannel cooling and heat recovery system driven by liquid pump and vapor compressor, IJR 36 ( 2013 ) 375–389.
• 13. Silvério, V., Cardoso, S., Gaspar, J., Freitas, P. P., Moreira, A.L.N.: Design, fabrication and test of an integrated multi-microchannel heat sink for electronics cooling, Sensors and Actuators A 235 (2015) 14–27.
• 14. Marcinichen, J. B., Oliver, J.A., de Olivera, V.,Thome, J.R.: A review of onchip micro-evaporation: Experimental evaluation of liquid pumping and vapor compression driven cooling systems and Control, Applied Energy 92 (2012) 147–161.
• 15. Lipnicki Z., Waloryszek D.: Evaporation of the heterogeneous liquid flow forced by the magnetic field over a wall, The 15th Riga and 6th PAMIR Conference on Fundamental and Applied MHD, Liquid metal technologies, 283-286, 2005.
• 16. Lipnicki Z., Król F.: Dynamical cooling of semiconductor by contact layer. International Journal of Heat and Mass Transfer 48, 2922–2925, 2005.

Uwagi

PL

Opracowane ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.