面向服务器芯片散热的吹胀型液冷板设计及其性能研究

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随着信息技术的飞速发展,数据中心的规模不断扩大。为处理庞大的数据量,更多高性能服务器被投入使用。高性能意味着更高的功耗以及更大的发热量,传统空调冷却系统难以满足巨大的散热需求,而目前针对服务器的液冷散热技术存在液冷板结构复杂、制造成本高、周期长等问题,不利于液冷散热技术的推广应用。为解决以上问题,本文提出面向服务器芯片散热的吹胀型液冷板。研究内容如下:(1)根据某2U高性能服务器CPU芯片的热管理需求设计出面向服务器芯片散热的吹胀型液冷板,确定吹胀型液冷板采用单面吹胀、两芯片流道并联连接的整体结构。根据折起后形状设计出Z型吹胀型液冷板和N型吹胀型液冷板,提出平行流道、阵列流道和蛇形流道三种热源区域流道结构。建立吹胀型液冷板热源区域流道的数值模型,通过仿真确定蛇形流道为最合适的热源区域流道结构。(2)制备了不同的吹胀型液冷板测试样品,设计了吹胀型液冷板性能测试方案,搭建了吹胀型液冷板性能测试平台,并提出吹胀型液冷板传热性能、均温性能、流动性能和综合性能的评价指标。(3)通过仿真和实验研究折弯、流道形状、流量和功率等因素对吹胀型液冷板性能的影响。实验结果表明:折弯对吹胀型液冷板传热性能影响较小,但随着流量增大,折弯会使其流动性能下降。吹胀型液冷板的传热性能和流动性能受流道弯曲程度影响较大,与Z型板相比,N型板的综合性能更好。流量越大时吹胀型液冷板的传热性能越好,但流量增大到一定程度后吹胀型液冷板的热阻下降幅度变小,传热性能的提升变小。吹胀型液冷板的整体均温性随流量和功率的增大而变差;局部均温性随流量增大而变好,随功率增大而变差。为保证较低的热源温度和温差,应当避免在小流量下工作。功率为100W、流量为35L/h时N型板具有最低的热阻Rt=0.0613K/W。(4)对比吹胀型液冷板仿真与实验结果,证明所建立的数值模型具有指导意义。利用数值模型对吹胀型液冷板在大功率工况进行预测分析,结果表明当功率较大时,增加冷却液流量能够有效降低热源温度。
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