המסלול של אלקטרוניקה גבוהה כוח מוגדר על ידי עלייה בלתי lenting צפיפות פונקציונלית. כמו סיליקון ו רחב פסגה מוליכים למחצה לאפשר מעבר מהיר יותר וטיפול הנוכחי גבוה יותר, השטף התרמי וכתוצאה מכך מהווה איום ישיר על אמינות וביצועים. אסטרטגיות ניהול תרמי מסורתי, להסתמך על כיור חום מסיבי או זרימה נוזלית, מאבק כדי לנתק חום ביעילות רבה יותר מגורמים קומפקטיים.

משבר ניהולי התרמומלי ב High-Density Electronics

תעשיית המוליכים למחצה סיפקה באופן עקבי מכשירים עם מהירויות מעבר גבוהות יותר, יכולת מחזורית גבוהה יותר, ולהגדיל את גודל החבילה של אי פעם מיקרו-חמצני, עם זאת, התקדמות זו יצרה צוואר בקבוק תרמי משמעותי. אספקת חשמל במיקרו-מעבדים מודרניים, ולכן יש להפחתת ביצועים קומפקטיים גדולים יותר של מחזורי קירור C (IGBTs) באופן קבוע מעל 100 / ס"מ2, ונקודות חמות מקומיות יכולות להגיע מעל 1 / 2 ק"כ אוויריות תרמיים ולהפחית את רמות קירור גבוהות יותר.

מימון של Microchannel Flow ו- Heat Transfer

מיקרו ערוצים מוגדרים בדרך כלל על ידי קוטר הידראולי החל מ 10 מיקרומטר ל 1 מ"מ.פיזיקה של זרימה נוזלית וחום העברה בקנה מידה זה מציע יתרונות נפרדים.המד החיצוני-שטח-ל-נפח בקנה מידה הפוך עם קוטר, כלומר ערוץ עם 100 מיקרומטר הידראולי מספק 10 פעמים השטח נפח של 1 מ"מ שטח עצום זה רחב מאוד יעיל מאוד, אבל זרם חום חזק מאוד, הוא חזק מאוד, 000, 000 רחב מאוד, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חזק, 000, 000 מוגבל, 000, 000 חזק מאוד, 000, 000, 000 חזק מאוד, 000, 000, 000, 000 רחב מאוד, 000 הוא ארוך טווח, 000 מוגבל, 000 הוא ארוך טווח, 000 מוגבל, 000 רחב מאוד, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חזק מאוד, 000, 000 נוזל חזק מאוד, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל מאוד, 000 חזק מאוד, 000 חזק מאוד, 000 אינטנסיבי, 000 הוא ארוך טווח, 000, 000 מוגבל, 000 מוגבל, 000 000 000, 000, 000, 000, 000 000 000, 000, 000, 000, 000 רחב מאוד, 000 מוגבל, 000 מוגבל, 000 מוגבל, 000 000 000 000 000

שני מיקרו-ערוצי קירור ממינוף החום המאוחר של vaporization לספוג אנרגיה תרמית משמעותית עם וריאציות טמפרטורה מינימלית. כמו evarates בתוך הערוצים, הוא שומר על טמפרטורת קיר כמעט-constant, אשר הוא מאוד מועיל לניהול תרמי של אלקטרוניקה רגישה.ה דפוסי זרימה של שני-phase microchannels זרימה, כגון זרימת מלוטש וזרימה, נשלטים על ידי מתח ויצירה יעילה מאוד של מנגנונים מיקרו-מדומים של מנגנונים מורכבים.

  • (FLT:0) חסכוניים רחבים: FIRLT:1) שכבות גבול תרמיות דק וקוטרים הידראוליים קטנים מניבים אפקטיביות של 10,000 עד 100,000 W / m2K במערכות דו-phase.
  • (ב) ◄ שטח פני השטח: 1FLT:1 יחס פני השטח הגבוה לנפח ממקסם את האזור הזמין להחלפת חום בתוך נפח קומפקטי.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ חום עקבית: (FLT:1 ; 2-phase זרימה מנצלת את הנטל של vaporization, המאפשר הסרת חום גבוהה עם שיעורי זרימה נמוכים.

עקרונות אלה הם היטב נבחנים בספרות, ומחקר נרחב ממשיך לחדד מודלים חיזוייים עבור ירידה בלחץ והעברה חום ב גיאוגרפיה בקנה מידה מיקרו-ממדי אלה.

יתרונות אפשריים עבור מערכות כוח גבוהות

השינוי משיטות קירור מסורתיות לאדריכלות מיקרו-ערוצית מספק כמה שיפורים משמעותיים בביצועי המערכת ואמינות.התועלת המשמעותית ביותר היא היכולת לנהל גלי חום קיצוניים בגורם קומפקטי. בעוד ששקע חום סטנדרטי אווירי עשוי להשיג קו יעיל של העברת חום של 50 W/m2K, קריר מיקרו-מפרס יחיד יכול להשיג 10,000 W/mK, ושניים-se-pse-of-R יכול להשיג ביצועים קצרים יותר של נפח של נפח של נפח של נפח של נפח של נפח של נפח של נפח של נפח של W/2K2K.

  • (FLT:0) אמינות מובטחת: FIRLT:1 על ידי צמצום טמפרטורות הצומת וצמצום רכיבה תרמית, קירור מיקרו ערוצים מרחיב את תוחלת החיים התפעולית של מוליכים למחצה כוח ומפחית את שיעורי הכישלון הקשורים ללחץ תרמומיאני.
  • (FLT:0) אספקת נפח מערכת ומשקל: FIRLT:1 , חסכוניים של העברת חום רב טווח מאפשרים הרבה יותר כיור חום קטן יותר והצלחות קרות.הפחתה בגודל זה הוא בעל ערך במיוחד ביישומים רגישים במשקל כגון אווירוקל, כלי רכב חשמליים וציוד נייד.
  • (FLT:0) אי-יעילות אווירית: 1) נחושת או אלומיניום נדרשים בהשוואה לשקוע חום קבוע מסורתי, צמצום עלויות החומר הקדמיות וההשפעה הסביבתית.
  • (FLT:0Scalability and Modularity:FearLT:1) ניתן לתכנן צלחות קרות מיקרו ערוצים בתצורה מודולרית ו בקנה מידה כדי להתאים את הדרישות התרמיות של רכיבים בודדים או מערכות שלמות, מפולת לייזר אחת ועד rack של שרתים.

דרישות נהיגה

טכנולוגיית קירור מיקרו ערוצים היא פרוסה באופן פעיל על פני כמה תעשיות גבוהות, שם ניהול תרמי הפך להיות שונה ביצועים קריטי.

מרכזי נתונים ומחשוב גבוה (HPC)

כוח העיצוב התרמי (TDP) של יחידות עיבוד מרכזיות (CPUs) ויחידות עיבוד גרפיקה (GPUs) במרכזי נתונים מודרניים ממשיך לטפס, להגיע 500W או יותר שבב. מערכות מיזוג אוויר-אוויר נאבקים לשמור על טמפרטורות הפעלה יציבות בתצורה של שרת צפופה, המוביל לנקודות חמות ולתחילה של מערכות מיקרו-ערוציות יכולות ישירות להורדת קירור, ולכידת החום במקור זה למקרר אנרגיה בלחץ גבוה.

חשמל חשמלי (EV) Power Electronics

המעבר למוליכים למחצה רחבים פסגה, כגון סיליקון carbide (SiC) ו-Geium nitride (GaN), ב- EVourion inverters ו- על גבי הסיפון דחף פלוקסים חום לרמות מאתגרות גישות קירור קונבנציונליות.המכשירים האלה יכולים לפעול בטמפרטורות גבוהות יותר ומתחים, אבל הם דורשים ניהול תרמי יעיל כדי לשמור על אמינות וביצועים, לעתים קרובות משולב ישירות לתוך ה-בסיס מתקדם של כוח, מאפשר יעילות גבוהה יותר, למנוע את גודל ה-אופנוע, מאפשר יעילות גבוהה יותר, לחץ רכב סטנדרטי, מאפשר יעילות גבוהה יותר, כולל של נפח ה-אופנוע, מאפשר יעילות גבוהה יותר, מאפשר תחזוקה נמוכה יותר, כולל של נפח ה-אופנוע, מאפשר יעילות גבוהה יותר, מאפשר תחזוקה נמוכה יותר, כולל של תאים מתקדמים, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל של תחזוקה נמוכה יותר, יעיל יותר, יעיל של תחזוקה נמוכה יותר, יעיל של תאים סטנדרטית גבוהה יותר, יעיל של כלי רכב סטנדרטית גבוהה יותר, יעיל של תאים גמישה, ומאפשרת גבוהה יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, ומאפשרת גבוהה יותר, יעיל של תחזוקה נמוכה יותר, אך הם דורש ניהול תרמי תחזוקה סטנדרטית גבוהה יותר, כולל של תחזוקה סטנדרטית גבוהה יותר, אך היא מאפשרת יעילות גבוהה יותר

מערכות אוויריות והגנתיות

ביישומים אווירוקל, מגבלות ניהול תרמי קשורות הדוק משקל, נפח ואמינות. מערכות מכ"ם בעוצמה גבוהה, כלי נשק מכוונות באנרגיה ומערכות כוח לווייני לייצר עומסים תרמיים עזים שיש לפרק בסביבות קשות.מיקרו ערוצים, לעתים קרובות מייצור חומרים קלים כמו אלומיניום או קרמיקה, לספק את יכולת הקירור הדרושה ללא תוספת משמעותית של מערכות מיקרו-ערוציות הם אטרקטיביים במיוחד יישומים, שבו הם יכולים להשתמש משאבות חום או כוויות כבדות.

צילום: High Power לייזר Diodes

דיודות לייזר בשימוש בחיתוך תעשייתי, נביחות, ויישומים רפואיים רגישים מאוד לתנודות טמפרטורה.אפילו שינויים בטמפרטורה קטנים יכולים לגרום לסחף אורך גל ולהפחית את כוח התפוקה.קררים מיקרו ערוצים משמשים כדי לשמור על שליטה תרמית מדויקת של מערך דיודות לייזר, לחלץ חום פסולת עם ⁇ טמפרטורה מינימלית.זה מאפשר תפוקה מתמשכת גבוהה יותר של גלי חשמל וחיות תפעוליות ארוכות יותר.

עיצוב מורכבות ופתרונות הנדסה

בעוד הביצועים התרמיים של קירור מיקרו ערוצים הוא מרשים, עיצוב מערכות חזקות ואמינה דורש הנדסה זהירה כדי להתמודד עם כמה אתגרים מרכזיים. שיקולים עיצוב אלה הם הנושא של מחקר ופיתוח פעיל.

לחץ יורד ומניעת אופטימיזציה של כוח

אותו קנה מידה ממדי שמשפר את העברת החום גם מגביר את ההתנגדות לזרימת נוזל.הלחץ יורד על פני סולם כיור חום מיקרו ערוצים מול הכוח הרביעי של הקוטר הידראולי לזרימה לליטר.זה אומר כי ערוצים קטנים דורשים כוח רב יותר גבוה באופן משמעותי כדי להשיג את קצב זרימה הרצוי.אתגר ההנדסה הוא לייעל את הגיאומטריה, יחס, ומדליקמנטל עיצוב אנושי כדי לאזן ביצועים תרמיים נגד משאבה כוח, לעתים קרובות, אפילו להיות מצמצם את הלחץ הטבעי.

הפצה חופשית וניהול Hotspot Management

בעיה נפוצה במערך microchannels היא הפצת מחלות, שבו קצב זרימת הקרירה משתנה מערוץ לערוץ בשל הבדלים בהורדת לחץ מקומי או עיצוב ראש. ערוצים המקבלים פחות זרימה יכול יתר על המידה, יצירת נקודות חמות מקומיות המפרקות ביצועים מתקדמים של המכשיר מתקדם. עיצובים כפולים מתקדמים, כגון מפיץ ראשי או מפיץ דופורקים, הם חיוניים כדי להבטיח זרימה אחידה על פני החום הרחב.

Clogging ו- 2-Phase Flow Instabilities

חלקיקים בצריף הקר, קורוזיה, או פיקדונות מרעיש יכולים לחסום מיקרו ערוצים, המוביל לזרימת רעב והתחממות קטסטרופלית.תחזוקה של ניקיון קריר, באמצעות סינון הולם, ובחירת חומרים עמידים קורוזיים הם קריטיים עבור אמינות ארוכת טווח. במערכות של שתי נקודות, זרימה של יכולת כגון מקבילה או ייצוב, הן יכולות לייצב את הביצועים האפשריים של תאים, ולגרום לטמפרטורה יציבה, לגרום לייצבים פוטנציאליים.

תכנון מתקדם ובחירת חומרית

הבחירה של שיטת החומר וההבחנה היא מרכזית לביצועים קרירים של מיקרו-ערוצי. Copper משמש נרחב להתנהלות תרמית הגבוהה שלו, בעוד אלומיניום מציע אלטרנטיבה קלה וזולה יותר.סיליקון הוא יתרון עבור יישומים הדורשים שילוב ישיר עם מיקרואלקטרוניקה.טכניקות של ייצור מותאמות באופן משמעותי.שיטות כמו ion Reactive ionching (DRIE) ומיקרו-מיקרומינג מדויק הם משלימים על ידי ייצור מתקדם (AM מאפשר מבנים סטנדרטיים של תרכובת כגון אינטראקטיביים).

מגמות מתפתחות ומושגים של גל-החדשה

תחום הקירור המיקרו-ערוצי הוא דינמי, עם חדשנות מתמשכת שמטרתה לשפר את הביצועים, האמינות והשילוב של המערכת.

Coolants ו-Nanofluids

נוזלים מים ונוזלים דיאלקטריים הם הקרירים הסטנדרטיים, אבל נוזלים מהונדסים הם צוברים תשומת לב.ננופלואידים, אשר הם השעיה קולואידית של חלקיקים (למשל, אלומיניום, גרפן, גרפן או תחמוצת נחושת), הוכחו כדי לשפר את מוליכות החום התרמית וחיזוקים חום תואמים של נוזל הבסיס.

אדריכלות מגניבה היברידית

כדי להתמודד עם האתגר של ניהול הן גלי חום בסיס גבוה ונקודות חמות קיצוניות, החוקרים משלבים זרימת מיקרו-ערוצית עם שיטות קירור אחרות.לדוגמה, צלחת קר מיקרו-ערוצית עשויה להיות מוגברת עם נביטים מרתיעים סילון כי ישירות קריר על מיקומים ידועים נקודה חמה. גישה היברידית זו ממנת את התקני העברת החום הגבוהים של מזהמים עם התפשטות יעילה של מיקרוסקופים אחרים.

שילוב חכם ושילוב של תאומים

השילוב של מערכות מיקרואלקטרוניקה (MEMS) חיישנים, כגון חיישנים טמפרטורה מקומית וזרימה, ישירות לתוך צלחת קר מיקרו-ערוצי הוא מגמה מתפתחת.חיישנים אלה מספקים נתונים בזמן אמת על המצב התראולי של מערכת הקירור.זה יכול להיות מוזן לתוך לולאה נשלטת AI כי דינאמית להתאים את שערי זרימה קרירים, מהירות, ואפילו סטמנטים המבוססים על עומס מיידי של מערכת קירור יכול להיות יעיל יותר, לפני אימון כימי יעיל יותר, כדי לנבאת מערכת יעילה יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, כדי לפתח מערכת הפעלה יעילה יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, כדי לנבאת מערכת הפעלה של מערכת הפעלה של מערכת הפעלה יעילה יותר של מערכת הפעלה של זרם מגנטית יעילה יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר של מערכת יעילה יותר של מערכת קירור יעיל יותר, יעיל יותר, כדי לפתח מערכת יעילה יותר, יעיל יותר, יעיל יותר של מערכת יעילה יותר של מערכת הפעלה גמישה יעילה יותר, ספקטרום יעיל יותר של מערכת יעילה יותר, כדי לנבאת חומרת יעיל יותר של מערכת הפעלה של מערכת הפעלה של מערכת הפעלה של מערכת הפעלה של מערכת יעילה יותר של מערכת הפעלה של מערכת הפעלה מחדש של מערכת יעילה יותר של זרם

« « ⁇ -עצמיות ואנטי-נפשיות

מחקר על פני השטח שינויים מתמקד בשיפור האמינות והארוכותיות של חומרים ממיקרו-ערוציים. ציפויים נגד ציפוי יכול למנוע את בנייתם של מורדים המובילים לתעלת חומרים.ל-עצמים, אשר יכולים לתקן סדקים או פגמים קטנים המתרחשים עקב רכיבה תרמית, נחקרים לשימוש ביישומים בעלי אחריות גבוהה כגון מערכות אוויריות וצבאיות.

מסקנה

זרימת מיקרו ערוצים קירור עבר מנושא מחקר מיוחד לפתרון ניהול תרמי הזרם המרכזי עבור אלקטרוניקה גבוהה כוח אלקטרוניקה.היכולת שלה להשיג חסכונית העברת חום גבוהה במיוחד חבילות קומפקטיות, קל משקל הופך אותו הכרחי עבור יישומים החל ממרכזי נתונים היפר בקנה מידה וכלי רכב חשמליים כדי לבצע מערכות אוויריות גבוהות יותר ו diodes אבטחה מהירה יותר, בעוד אתגרים הנדסיים הקשורים לירידה בלחץ, הפצה, ייצור, וחדשנות מתמשכת בייצור מהיר יותר, קרימות, הם מתקדמים של מערכות מתקדמות יותר, כמו גם על פני מערכות אבטחה מתקדמת יותר, כמו גם חומרים מתקדמים יותר, כמו גם חומרים מתקדמים יותר, כמו גם לחץ אווירי אבטחה מתקדמת יותר, כמו גם לחץ אווירי אבטחה מתקדמת יותר, כמו גם על פני מערכות אבטחה מתקדמת יותר, כמו גם על פני מערכות אבטחה מתקדמת יותר, 000 מתקדם יותר, תוך כדי שיפור יעיל יותר, תוך כדי שיפור יעיל יותר, תוך כדי שיפור יעיל יותר, תוך כדי שיפור יעיל יותר ויותר.