AF 后过滤器 SQ 蒸汽质量 BD 排污 SQA 蒸汽质量分析仪 BFW 锅炉给水 TAH 总酸化硬度 BIW 水中沥青 TDS 总溶解固体 BS&W 基本沉积物和水 TOC 总有机碳 BW 反冲洗 TOE 技术操作范围 bpcd 每日历天桶数 TOI 总无机碳 COSIA 加拿大油砂创新联盟 TPH 总石油烃 CPF 中央处理设施 TSS 总悬浮固体 CSS 循环蒸汽刺激 TST 管壁温度 CZ 澄清区 TQM 热质量流量计 DCS 分布式控制系统 TWT 管壁温度 EB 乳化破乳 UA 传热系数 FAC 流动加速腐蚀 UT 超声波检测 FTIR 傅立叶变换红外检测 USGPM 美国加仑/分钟 GHG 温室气体 WLS 温石灰软化 HLS 热石灰软化 WOR 水油比 HPSS 高压蒸汽分离器 WTDC 水技术开发中心 H&S 健康与安全 Y'x'TP 第 'x' 年测试计划 ILM 界面液位测量 KPI 关键绩效指标 LOI 点火损失 MagOx 氧化镁 MW 分子量 NDP 核密度分析仪 NF 纳滤 NIR 近红外传感器 OPEX 运营费用 OIW 水中油 ORF 除油过滤器 OTSG 直流蒸汽发生器 PSD 粒度分布 PW 采出水 PWC 采出水冷却器 REB 反相破乳器 RMZ 快速混合区 RT 射线照相检测 RTD 电阻温度探测器 SAGD 蒸汽辅助重力泄油 SMZ 慢速混合区 SOR 蒸汽油比
与传统的 2D 计算系统相比,超密集 3D 集成电路(3D IC),例如单片 3D IC(图 1),可以为数据密集型应用带来巨大的能量延迟积(EDP)优势 [1,2]。为了实现这些优势,需要将多层逻辑和存储器(例如,逻辑和/或存储器设备的薄层,以及相关的信号/全局金属布线)以 3D 形式集成,并使用有限长宽比的后端制程(BEOL)层间过孔(ILV)建立超密集(例如,间距 ≤ 100 纳米)垂直连接 [3]。现有的 BEOL 布线结构已经在使用这种纳米级 ILV。3D IC 变得至关重要,因为工艺技术小型化的根本限制使得传统的缩放路径更加困难。但是,必须克服重大的热挑战才能在多个 3D 层上实现高速和高功率计算引擎 [4-5]。如果没有新技术,未来 3D IC 的上层最高温度将大大超过可靠运行所需的上限(例如 [6] 中的 125°C)。我们使用图 1 中的单片 3D IC 来了解 3D 层中的温升和热耗散(详细分析见第 III 部分)。图 1 中的 N 层中的每一层都包含一层高速、高功率硅逻辑器件(例如,计算引擎)和由铜布线和超低κ 层间电介质 (ILD) 组成的 BEOL 层(例如,用于信号布线)。各层通过超密集 ILV 电连接。在某些设计中,每层还存在硅存储器、存储器访问设备和额外的 BEOL。3D IC 由附加的散热器进行外部冷却,散热器将产生的所有热量以散热器比传热系数 h(W/m 2 /K)散发到环境中。最高温度 T j 取决于散热器、环境温度和 N 层的热特性。散热器创新(如 [7])只需散热器上 10°C 的温升(即 h= 10 6 W/m 2 /K)即可消除 1000 W/cm 2 的热量,尽管
摘要响应于对各种工业过程中对更有效传热技术的需求不断增长的需求,纳米流体的发展已成为一种有希望的解决方案。与固体相比,传统的传热液(例如矿物油,乙二醇和水)的热导电性相对较低,从而限制了热交换器的紧凑性和效率。纳米流体是通过在碱流体中悬浮超铁金属或非金属固体粉末而产生的,由于固体材料的较高导电性,其热性能增强。本文回顾了纳米流体的制备,导热率测量和影响因子,重点是导热率,作为改善热传递的主要驱动力。纳米流体的制备涉及一步或两步方法,而两步方法更常用于氧化物纳米颗粒(NPS),例如Al2O3,ZnO,MGO,MGO,TIO2和SIO2。该研究讨论了超声处理和磁力搅动等稳定技术,以确保纳米流体的均匀悬架和长期稳定性。使用短热线(SHW)和瞬态热线(THW)技术进行热导率测量,并考虑了非稳态的性质和潜在的误差源。这项研究强调了严格的实验设计和准确的数据分析的重要性,以解决热导率测量的复杂性和可变性,最终有助于纳米流体技术在有效传热溶液中的发展。关键字:纳米流体,热有限,纳米颗粒,纳米流体的稳定性1。引言不断增长的热流和快速收缩,导致选择了越来越多的有效传热技术。矿物油,乙二醇和水是许多工业过程中不断需要的传热液的例子,包括生产微电子产品,发电,化学反应以及加热和冷却。与大多数固体相比,这些常见流体的低热传递特性是热交换器高紧凑性和效率的关键障碍之一。增加工作培养基的热导电性的一种创造性方法是悬挂普通流体中的超铁金属或非金属固体粉末,因为大多数固体材料都比液体具有优越的导热性。如今,“纳米流体”一词在热传输领域非常明显。的热品质,包括粘度,特定热量,对流传热系数和临界热流,已成为几项研究的主题。
对流在各种天然和人为的过程中起着至关重要的作用,从而可以通过流体运动有效地传热。本综合指南提供了对流的可访问概述,其中包含实践示例,以说明其原理。,它是寻求阐明这一基本科学概念的教育工作者的宝贵资源。引人入胜且信息丰富,该指南非常适合增强对热动态的理解。对流涉及通过流体(液体或气体)的移动加热的转移,因为加热颗粒会上升,而较冷的颗粒下沉,从而产生圆形流动。这个过程对于理解自然现象和技术应用至关重要,这是物理,气象学和工程学的关键概念。对流的一个经典例子是在炉子上加热水,热水升至表面,冷水沉入底部,形成连续的循环,从而有效地在整个水中转移热量。对流传热的公式可以表示为q = haΔt,强调了诸如传热速率,对流传热系数,表面积和温度差等因素的重要性。这22个对流示例的汇编展示了从日常家庭活动到大规模环境模式的不同环境中的基本过程。冷却和冷凝时,温暖的空气会升起,形成云和降水。同样,随着热量从其表面散发的,一杯咖啡会冷却,而森林通过吸收热量并引起空气运动来调节气候。从沸水到洋流,大气循环,房屋中的散热器,热气球,海风,地球的披风对流,加热汤,熔融冰,熔岩灯,太阳能电池板,冰箱线圈,汽车辐射器和空调,每个例子都在行动中表明了暴力。在烤箱中,热空气循环均匀地煮食物,就像间歇泉爆发地下水被地热能加热一样。板块构造是由于地球核心的热量引起的,导致构造板的运动。房间风扇循环空气以调节室温,人体血液循环通过对流调节体温。对流不仅限于科学概念;它在我们的日常经历中起着作用。示例包括在炉灶上烹饪,洗热水淋浴,使用烤面包机,地板加热系统以及在生产线上晾干衣服。在现实情况下,对流冷却笔记本电脑,铁衣,在建筑物中提供自然通风,加热茶水和使用壁炉。对流还塑造大气现象,例如陆地和海风,云层,季风风,飓风地层以及山和山谷的微风。通过外部手段(例如风扇或泵)运动在工程,气象学和环境研究等各个领域都起着至关重要的作用。了解这些类型对于设计过程和系统至关重要。例子包括在沸水中的自然对流,供暖,海洋电流,冰箱中的空气循环以及风形成。在极端情况下,这些事件可能导致严重的雷暴,甚至龙卷风。对流还可以通过流体中分子的质量运动有效地传输热量,这使得在许多应用中至关重要。对流在塑造天气模式和影响日常生活中起着关键作用,从汽车冷却系统到工业冷却塔,太阳能热水板,地热加热系统,散热器加热器和冷凝器盘绕冰箱的冰箱。认识到对流的机制和示例强调了其在教育和实际情况下的重要性。当热量通过较热的材料与较冷的材料配对的较热材料的上升,因此会发生对流。这种现象涉及质量在流体中的运动,通常导致气象学的向上方向和地质地壳下地壳下方的慢速物质运动。对流在各种日常生活中起着至关重要的作用,包括开水,散热器操作,蒸杯热茶,冰融化,冷冻食物解冻,强迫对流等等。在气象学中,对流与天气条件(例如对流云和斜纹线条)紧密相关。此外,热空气气球依靠加热的空气升起来航行天空。理解对流的定义为探索其在不同研究领域的各种应用和发生的情况提供了坚实的基础。对流在各种自然和人为的过程中起着至关重要的作用。在热气球中,温度差异引起的浮力会随着热空气被困在里面而提升气球。要下降,其中一些热空气被释放,使较冷的空气进入并减少浮力。该原理也称为堆栈效应或烟囱效应,由于室内和室外空气之间的密度差异,空气进出建筑物。在地质学中,对流电流是地球地幔缓慢运动的原因。 内部的热量通过地幔升起,使其在表面冷却。 此过程驱动板块构造,导致火山形成。 重力对流发生时,淡水比盐水浓密,从而使干盐向下扩散到潮湿的土壤中。 海洋循环是对流的另一个例子,在赤道附近的温水向杆子循环,杆子处的冷水向赤道移动。 在恒星中,对流区域在转移能量中起着至关重要的作用。 等离子体加热时,冷却的血浆下降时会产生循环模式。 对流不限于这些例子;可以在各种人类和自然现象中观察到。 既然您对对流有了基本的了解,请考虑通过探索十个现实生活中常见的凝结示例来扩大知识。在地质学中,对流电流是地球地幔缓慢运动的原因。内部的热量通过地幔升起,使其在表面冷却。此过程驱动板块构造,导致火山形成。重力对流发生时,淡水比盐水浓密,从而使干盐向下扩散到潮湿的土壤中。海洋循环是对流的另一个例子,在赤道附近的温水向杆子循环,杆子处的冷水向赤道移动。在恒星中,对流区域在转移能量中起着至关重要的作用。等离子体加热时,冷却的血浆下降时会产生循环模式。对流不限于这些例子;可以在各种人类和自然现象中观察到。既然您对对流有了基本的了解,请考虑通过探索十个现实生活中常见的凝结示例来扩大知识。
散热器通过调节其热输出来维持电子设备的最佳工作温度,从而起着至关重要的作用。有效的设计对于确保有效的散热量至关重要,从而延长了组件寿命和整体系统性能。随着表面积的增加,由于更多的接触点而引起的热量耗散速率也会增加。这意味着更大的表面积可以从散热器到周围的空气中更大的热传递,从而增强冷却。在紧凑的系统中,在包含结构的同时达到一个较大的表面积至关重要。鳍和销阵列,微通道散热器或折叠鳍结构等技术可以增强热量消散而不会增加尺寸。多孔材料,例如金属泡沫,为热传递提供了巨大的内部表面区域。选择散热器的材料时,导热率是关键参数。铜的高热电导率为390-400 w/m·K,使其非常适合高端应用。但是,其成本和密度可能构成挑战。铝的导热率相对较低,但更具成本效益和更轻。像石墨烯这样的新材料具有出色的热导率,并且可能在HSF设计方面具有希望。材料的选择取决于特定的应用要求,即考虑效率,成本,质量和坚固性等因素。有效的散热器设计取决于三种主要的传热机制:传导,对流和辐射。鳍片或销阵列可以增加表面积,而风扇或鼓风机可以提高流速。传导对于将热量从组件转移到外部环境至关重要,从而进一步耗散。总而言之,选择合适的材料和优化散热器设计对于有效的热管理至关重要。热性能优化涉及通过改善热量交换的热界面材料保持热源和散热器之间的良好接触。适当的热路径分布和避免间隙对于有效的热传导至关重要。对流在冷却中起着至关重要的作用,最大化表面积对于提高对流效率至关重要。辐射是散热器设计中的另一个重要机制,Stefan-Boltzmann定律描述了它。使用高发射率的涂料可以显着增强辐射传热。散热器的几何特性在优化热辐射方面也起着至关重要的作用。为了实现有效的热量散热,特征应尽可能多地暴露表面积。散热器的效率在很大程度上取决于其表面,对流传热取决于表面积。计算给定的散热速率的必要表面积涉及使用方程q = h×a×Δt。傅立叶传导定律描述了通过材料的传热:QCONDUCTION = -K×A×ΔT/L。要确定鳍有效性,请使用等式q = h×a×ΔT来计算单个鳍片的传热速率。通过优化热电阻,对流和辐射,可以设计有效的散热器,以有效地将热量从表面散开。制定散热器的过程涉及几个阶段,这些阶段需要特定的工程计算以最大程度地提高热效率。要定义其性能,需要考虑三个关键因素:瓦特,环境温度(TA)和最高连接温度(TJ)中的散热耗散需求(Q)。例如,如果电子组件耗散20 W的热量,则Q = 20 w。然后通过从连接温度中减去环境温度来计算所需的温度升高(ΔT)。散热器的热电阻必须达到所需的温度升高,rth =ΔT/q = 55/20 = 2.75°C/w。散热器选择的类型和材料取决于诸如热量,重量和成本等因素。铝的导热率约为205 W/m·K,因此由于其有效性和成本而适合使用。调整散热器的尺寸和形状,以满足所需的热电阻水平,其中包括鳍片类型,销型或两者。鳍间距计算为:鳍间距=散热器的高度/鳍数。选择散热器设计时,请确保满足热电阻计算。空气对流传热系数(H)通常为10 - 50 W/m²·k。有效的热电阻计算为:rth,总计= rth,散热器+rth,界面+rth,结。按照设计信息构建物理散热器,并通过使用温度计测量温度差异来评估。取决于结果,可以对设计进行一些修改,以达到必要的热电阻。在设计电子设备时,适当的热管理至关重要,因为错误可能会产生负面影响。一个常见的错误是低估了适当的散热所需的表面积,这可能导致温度状态增加,甚至会导致组件的热冲击。制造有效的铝热散热器对于冷却电子设备至关重要,并防止它们过热。散热器用于消散由晶体管,CPU和功率放大器等组件产生的热量。制作散热器的过程涉及多个步骤,包括选择合金,设计散热器以进行最佳性能,准备材料,完成表面以增强与组件的接触,创建鳍以增加表面积,并将所有部分组装在一起。铝是一种流行的选择,因为其出色的导热率和轻质性质。但是,并非所有铝合金都适合散热器。通常使用6061和6063,因为它们具有良好的导热率且具有成本效益。散热器的设计应考虑尺寸,形状和鳍排列等因素,以确保最佳性能。准备材料涉及使用锯或CNC机器将其切成所需的尺寸,并在此过程中佩戴安全齿轮。整理表面需要砂纸逐渐磨碎的砂纸,然后使用金属抛光化合物进行抛光。这会产生光滑的表面,从而促进与热生成分量更好的接触。创建鳍涉及使用CNC机器或类似工具将其均匀地切入铝材材料,从而大大增加了散热器的表面积并允许更好的散热。散热器的鳍的尺寸和形状均匀,以确保在整个散热过程中保持稳定的性能。