熱驅動MEMS微流動新型散熱機制與實驗研究

《熱驅動MEMS微流動新型散熱機制與實驗研究》是依託浙江大學，由吳昌聚擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：熱驅動MEMS微流動新型散熱機制與實驗研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：吳昌聚
• 項目類別：面上項目

項目摘要

針對大型計算機晶片總體發熱量大、散熱成本高的突出現實問題，開展熱驅動MEMS微流動新型散熱機制和實驗研究，提出以熱驅動MEMS梁振動，改變晶片傳熱表面的流動特性，建立傳熱表面和外界的溫度梯度，實現熱致振動自適應散熱的“以熱散熱”思想，突破MEMS熱致振動自適應散熱激勵器方案及加工工藝實現、MEMS熱致振動自適應散熱激勵器散熱機制與多場耦合模擬驗證這2項關鍵技術，解決基於微尺度效應的熱驅動振動自適應散熱機制這一科學問題，研製熱驅動MEMS微流動激勵散熱系統，克服現有激勵散熱系統結構複雜、體積大、重量大、能耗高等問題，實現小型化、低成本散熱的目標，為大型計算機晶片的低成本散熱開闢一條新途徑。

結題摘要

場協同原理和火積耗散極值原理為高性能電子設備強化散熱技術的流場設計提供了理論指導，但目前廣泛採用的被動式流動控制技術存在明顯的調節困難、阻力代價大、改善效果一般等問題，無法滿足實際工程的需要。在前期工作的基礎上，本項目針對模組級與晶片級電子系統中常見的局部過熱現象，通過實驗測試結合數值模擬的方式開展了模組級與晶片級尺度下，基於壓電晶片材料的局部流動控制技術研究。通過實驗測試，驗證了本項目提出的局部流動控制方法能夠有效的解決模組級與晶片級尺度下的局部過熱問題。通過流固耦合數值模擬，分析了壓電式驅動結構的流動控制特性，分析了漩渦的產生特性以及演化規律，說明了漩渦對溫度場的影響，解釋了壁面對流換熱強化的機理。研究成果表明，採用基於壓電晶片材料的驅動結構在電子系統局部散熱問題中具有較好的套用前景，使用本項目提出的流動控制方法，模組級尺度下的平均對流換熱性能可提高119.9%，局部對流換熱性能增長高達8倍，對應的額外壓降阻力僅為12.5%；晶片級尺度下的平均對流換熱性能增長可提高60%以上，局部對流換熱性能增長可達到30倍以上，對應的額外壓降阻力小於30%。本項目的研究成果為低雷諾數條件下的管內流動控制與強化傳熱問題提供了理論基礎，並且為模組級和晶片級尺度下的電子系統局部過熱問題提供了解決方案。