CFD-моделювання імпактно-струменевого радіатора для проведення термотренування мікропроцесорів

Анотація

Одним з завершальних етапів розробки мікропроцесорів є термотренування. Ця процедура виконується на спеціальному стенді, основним елементом якого є комунікаційна друкована плата із встановленими сокетами мікропроцесорів, чіпсетами, інтерфейсами, перемичками та іншими компонентами, які забезпечують різні режими роботи мікропроцесора. Зміна температури корпусу мікропроцесора здійснюється зазвичай за допомогою термоелектричного модуля. Холодна поверхня модуля з контрольованою температурою знаходиться в прямому тепловому контакті з п’єдесталом корпусу мікропроцесора, призначеним для встановлення кулерів. На гарячій поверхні модуля встановлюється радіатор для розсіювання загального теплового потоку від мікропроцесора та модуля. Високий коефіцієнт заповнення комутаційної плати для термотренування, вимога вільного доступу до перемичок, інтерфейсів та наявність численних датчиків обмежують простір для монтажу кулера та вимагають використання надзвичайно компактного радіатора, особливо в умовах повітряного охолодження. Одним з варіантів вирішення цієї задачі може бути зменшення площі поверхонь теплообміну радіатора через різке зростання на них коефіцієнта тепловіддачі без збільшення витрати повітря. Різкого зростання коефіцієнта теплопередачі радіатора можна досягти, якщо виконати у поверхнях теплообміну декілька конічних або комбінованих конічно-циліндричних глухих порожнин з додатковим оребренням, до яких потрапляють ударні струмені повітря. В роботі проведено CFD-моделювання радіаторів такого типу. Визначено, що в діапазоні зміни швидкості повітря на вході в сопла 50—100 м/с досліджені конструкції імпактно-струменевого радіатора мають тепловий опір в діапазоні 0,5—2,2°С/Вт. Цього цілком достатньо для проведення термотренування деяких типів мікропроцесорів із завданням ряду режимів їх функціонування і виконання деяких видів тестових обчислень. Показано, що використання комбінованих глухих порожнин з додатковим оребренням є найкращим з розглянутих рішень і дозволяє різко (до 44%) інтенсифікувати теплопередачу в радіаторі в порівнянні з циліндричними глухими порожнинами, проте з побічним ефектом — зростанням до 20% втрати тиску повітря. В результаті проведеного дослідження встановлено, що імпактно-струменевий радіатор з глухими порожнинами в формі конуса, що звужується, а також комбінації конуса і циліндра з додатковим оребренням може бути успішним рішенням для відводу теплоти від мікропроцесорів при проведенні такого виду їх випробувань, як термотренування. Разом з тим, слід враховувати, що радіатор зазначеного типу має високий аеродинамічний опір і вимагає для своєї роботи джерела повітря високого тиску.