电子热控制:前景与展望 Robert Hannemann 博士 Charlespoint Group 波士顿,马萨诸塞州 摘要 传热科学与工程最突出的工业应用之一是电子热控制。随着微电子设备空间密度的不断增加,集成电路芯片功率在过去二十年中增加了 100 倍,而热通量的增幅略小。随着功率水平的提高,使用自然对流和强制风冷的传统方法变得越来越不可行。本文从实践者的角度对热管理问题进行了高层次的概述,并对未来几年电子热工程的前景进行了推测。1 简介和历史视角 电子设备和系统的热控制已成为当今世界经济主要组成部分进步不可或缺的一部分。目前的研究工作,例如 Amon [1] 描述的 EDIFICE 项目,代表了冷却技术的新浪潮,其驱动力是通过紧凑且高度可靠的设备去除高通量下的大量热量。本文既提供了对电子冷却挑战的看法,也概述了未来的发展方向和研究需求。为简明起见,重点以计算机为中心;最近的行业路线图文档 [2] 中提供了更广泛的概述。图 1 是考虑该问题的有用起点。虽然微电子设备中的绝对功率水平相对较小(几十到几百瓦),但热通量可能很大(当前电子芯片中约为 50 W/cm 2;半导体激光器中高达 2000 W/cm 2)。此外,出于性能和可靠性原因,芯片表面的温度必须保持在相当低的水平(~100 C)。
摘要:为了解决城市的下一代天气和气候数值模型,需要对城市冠层 - 大气过程的更高空间分辨率和亚网格参数化。关键是更好地了解大气边界层(ABL)动态的郊区变异性和城市种植差异。这包括由于城市对超越其边界的大气的影响而引起的前风 - 下风效应。为了解决这些方面,考虑到城市形式,功能和典型的天气状况,为柏林地区(德国)设计了一个> 25个基于地面的遥感站点的网络。这允许研究不同的城市密度和人类活动如何影响ABL动态。作为跨学科研究委员会的一部分,该网络从2021年秋天到2022年秋天运营。在这里,我们提供了2天的科学目的,活动设置和结果的概述,强调了多尺度的城市对气氛的影响,并在100 m网格间距下与高分辨率的数值建模相结合。在春季,分析显示了ABL高度的系统性向上风管效应,这在很大程度上是由表面热通量中的城市种植差异驱动的。在热浪日,ABL高度非常深,但由于区域干燥的土壤条件,ABL高度的空间差异不太明显,从而导致相似的观察到的表面热通量。我们的建模结果提供了对观察网络无法解决的ABL特征的进一步见解,突出了两种方法之间的协同作用。我们的数据和调查结果将支持建模,以帮助从公民到管理健康,能源,运输,土地使用以及其他城市基础设施和运营的人们提供服务。
方法喷射火和碳氢化合物火灾喷射火标准 ISO 22899-1 和 -3 喷射火标准 ISO 22899-1:2021 包括模拟易燃气体、加压液化气体或闪蒸液体燃料高压释放产生的热负荷和机械负荷。关于标准 ISO 22899-3,它描述了一种扩展的测试方法,用于确定被动防火材料和系统或关键过程控制设备的喷射火抵抗力。它表明了 PFP 材料或设备在严重喷射火中的表现,这种喷射火可以产生 350 kW/m² 的持续热通量。
微通道散热器 (MCHS) 能够通过液体到蒸汽的相变去除极高的热通量,使其适用于各种应用,包括高功率微电子的热管理。然而,随着蒸汽气泡的增大,微通道堵塞会导致流动沸腾不稳定性,阻碍了它们的商业适用性。本研究填补了文献中关于微通道深度对流动沸腾不稳定性的影响的研究空白,包括加热表面温度和压降振荡的幅度,以及它们对传热性能的影响。实验使用介电水在多个平行微通道中沸腾,质量通量为 220 和 320 kg/m²s,壁面热通量范围为 25 kW/m² 至 338 kW/m²。研究了两种不同的 MCHS,它们由无氧铜基板制成,每种 MCHS 包含 44 个平行微通道,标称深度分别为 500 µm 和 1000 µm,标称宽度一致,均为 200 µm。使用基板上嵌入的 T 型热电偶阵列测量温度梯度,从而测量传热系数。研究结果表明,在固定壁热流条件下,增加微通道深度会导致壁温波动幅度显著增加,从而降低传热性能。此外,研究表明压降明显依赖于冷却剂流量和两种微通道尺寸。这项研究为优化 MCHS 设计以增强热管理提供了新的见解,强调了微通道深度在缓解流动沸腾不稳定性以及提高整体传热效率方面的关键作用。
先进水冷反应堆热工水力关系研究协调小组 (CRP) 于 1995 年成立,总体目标是促进信息交流和合作,建立一套一致的热工水力关系,适用于分析先进水冷反应堆的性能和安全性。对于先进水冷反应堆,一些关键的热工水力现象包括临界热通量 (CHF) 和 CHF 后传热、低流量和低压条件下的压降、自然循环的流动和热传输、存在非冷凝物时的蒸汽冷凝、大型水池中的热分层和混合、重力驱动的再淹没以及潜在的流动不稳定性。
摘要 - 由于技术的快速发展和开发,电子系统设计中的微型化已变得不可避免。由于较小的传热表面,热通量密度大大增加了热通量密度,因此对热管理能力提出了挑战。电子冷却中采用纳米流体似乎是实现更好的热量耗散的另一种方法。这项研究探讨了三元杂化纳米流体的可行性:Al 2 O 3:Sio 2在水中浓度不同的水中和混合物比例的水中,在蛇形冷却板中。在这项研究中,研究了0.01%的GO + Al 2 O 3:SIO 2,0.006%GO + Al 2 O 3:SiO 2和0.008%GO + Al 2 O 3:SIO 2的混合比为10:90和20:80(Al 2 O 3:Sio 2)。结果表明,与基础流体相比,纳米流体的0.01%GO + Al 2 O 3:SIO 2(10:90)纳米流体显示出最高增强的传热系数,高1.1倍。随后是0.008%GO + Al 2 O 3:SIO 2(10:90)和0.006%GO + Al 2 O 3:SIO 2(10:90),与基础流体相比,连续增强了1.03次和0.87倍的热传递系数增强。在混合比率的期限内,以10:90(Al 2 O 3:Sio 2)的表现高于20:80。为了评估采用的可行性,进行了优势比(AR)来测量热传递增强和压降效应。AR分析表明,在较低的雷诺,RE数字区域,0.01%GO + Al 2 O 3:SIO 2(10:90)三元杂交纳米流体被证明是最可行的,这是最可行的,这是由于热传递增强的压力较高。
本讲座的重点是点燃的氢释放(微框,喷射火,火球)。一开始就引入了有用的术语。然后提供了不同类型的氢火的分类。详细讨论了氢气喷火(最典型的压缩气态存储)。讲座的重要部分致力于评估火焰长度和分离距离。已经描述了氢技术的危害标准。讨论了不同因素对氢火长度的影响。在本讲座中介绍了氢,CNG和LPG的喷射火焰的辐射热通量和火焰长度。给出了检测的概述,并给出了氢火的缓解技术。此信息不仅对于虚拟现实和操作练习都非常有用,而且在涉及火灾事故的场景中的决策中都非常有用。
引言 电子产品或设备的小型化发展趋势(通常称为微型化)以及半导体和微电子技术的最新进展导致高速芯片的功率密度显著提升,从而带来许多挑战,包括这些电子设备在各种应用中的安全可靠运行 [1,2]。尽管过去十年在电子设备或微处理器的热控制 (冷却) 管理方面取得了进步和发展,但仍然存在一些极为严峻的挑战需要解决,例如处理激增的热通量和耗散不稳定的功率 [3]。根据电气效率和材料的使用,微处理器在持续运行期间的温度不应超过 85 o C。因此,热机械解决方案不仅应注重有效的热传递和高功率密度芯片的散热,还应找到回收废热的方法 [4,5]。
2项目结果和讨论3 2.1热通量图表征。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 2.1.1近似值1:离散接收器表面。。。。。。。。。4 2.1.2近似2:不重新计算的情况下翻译通量图。。4 2.1.3案例研究。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 2.2 AIMPOINT优化模型。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 2.2.1模型公式。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10 2.2.2使用高斯通量图像的示例。。。。。。。。。。。。。。12 2.3解决方案方法。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。13 2.3.1空间分解。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14 2.3.2启发式分组方法。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16 2.3.3案例研究。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。17 2.4布局改进方法。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。20 2.4.1启发式改进算法。。。。。。。。。。。。。。。。。。21 2.4.2案例研究。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。22 2.5软件开发。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。22 2.5.1优化软件包。。。。。。。。。。。。。。。。。。。23 2.5.2光晕内的通量计算。。。。。。。。。。。。。。。。。。24 2.5.3 Solarpilot Python接口。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。24
摘要。地表能量平衡是影响地面热状况的关键因素。随着气候变化,了解地表和地下各层中各个热通量的相互作用及其对多年冻土热状况的相对影响至关重要。分析了一组独特的高海拔气象测量数据,以确定瑞士阿尔卑斯山三个山地多年冻土站点(Murtèl–Corvatsch、Schilthorn 和 Stockhorn)的能量平衡,这些站点自 1990 年代末以来一直在瑞士多年冻土监测网络 (PERMOS) 框架内收集数据。所有站点都配备了四分量辐射、空气温度、湿度、风速和风向以及地面温度和积雪高度的传感器。这三个站点的表面和地面物质成分以及地面冰含量差异很大。能量通量是根据二十年的实地测量计算得出的。虽然辐射收支和地面热通量的确定相对简单(通过钻孔内的四分量辐射传感器和热敏电阻测量),但湍流显热和潜热通量的确定存在较大的不确定性。我们的结果表明,Murtèl–Corvatsch(1997–2018 年,海拔 2600 米)的平均气温为 −1.66 ◦ C,在测量期间上升了约 0.8 ◦ C。在 Schilthorn 站点(1999–2018 年,海拔 2900 米),测得的平均气温为 −2.60 ◦ C,平均上升了 1.0 ◦ C。Stockhorn 站点(2003–2018 年,海拔 3400 米)记录到的气温较低,平均为 −6 ◦ C。 18 ◦ C 并增加了 0.5 ◦ C。测量到的净辐射作为地表最重要的能量输入,显示出显著的差异,Murtèl–Corvatsch 的平均值为 30.59 W m − 2,Schilthorn 的平均值为 32.40 W m − 2,Stockhorn 的平均值为 6.91 W m − 2。使用鲍文比方法计算的湍流通量显示所有站点的值约为 7 到 13 W m − 2,使用总体方法计算的湍流通量显示所有站点的值约为 3 到 15 W m − 2。在融化积雪所用的能量方面观察到了很大的差异:在 Schilthorn 计算出的值为 8.46 W m − 2,在 Murtèl–Corvatsch 为 4.17 W m − 2,在 Stockhorn 为 2.26 W m − 2,反映了三个站点积雪高度的差异。总体而言,我们发现不同地点的能量通量存在相当大的差异。这些差异有助于解释和阐释大气变暖的原因。我们认识到净辐射和地面热通量之间存在很强的关系。我们的研究结果进一步证明了长期监测的重要性,以便更好地了解地表能量平衡成分的变化对永久冻土热状况的影响。所提供的数据集可用于改进永久冻土建模研究,例如,提高对永久冻土融化过程的了解。此处显示和描述的数据可在以下网站下载:https://doi.org/10.13093/permos-meteo-2021-01 (Hoelzle et al., 2021)。