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1、2006年第34卷第7期流体机械69文章编号:1005—0329(2006)07—0069—03计算机CPU蒸发散热技术探讨王朋,谷波(上海交通大学,上海200030)摘要:对蒸发散热的原理进行了阐述,提出了渗透水的计算与控制、渗透能力试验和渗透材料的选择、散热器结构设计等研究内容和相关的设想,对蒸发散热器的发展提出了存在的问题。关键词:CPU;蒸发;散热;渗透中图分类号:TQ051.5文献标识码:AOriginalResearchofEvaporationandHeatTransferTechn
2、ologyforCPUinComputerWANGPeng,GUBo(ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China)Abstract:Theprincipleofthismethodhasbeenexplainedindetails.Meanwhile,someresearchimaginationissetforth,suchas,thecalculationandcontrolofquantityoftheinfiltratingwater,t
3、heexperimentoftheabilityofinfiltrating,themethodtofindthematerialofinfiltratingandthedesignofstructureofheatsink.Atlast,someproblemsexistinginthismethodhavebeenmentioned.Keywords:CPU;evaporation;heat-transfer;infiltrate1引言显然还不能适应更高的发热量。散热的发展一直分为风冷散热和水
4、冷散热两1971年INTEL公司推出了世界上第一台微部分,风冷散热依靠空气作为导热媒质,热效率处理器4004,而后全球处理器市场按照“摩尔定低,若为增强热交换能力,使用强力风扇则会产生律”以每18个月芯片集成度翻一番的的速度高速噪声,而水冷高效的散热效果和低噪声一直是风发展,从4004最初的2900个晶体管,到英特尔Jai冷无法匹敌的,但由于水冷一直因为高成本高技[9]Hakhu宣布在2005年提前推出10亿晶体管芯片术高复杂度等原因普及相当缓慢。计划,晶体管数目的增加带来了频率的提升,性能风冷特
5、点:效率低、噪声大、结构简单、易普提升的同时也带来的是不可忽视的散热问题,这及;水冷特点:散热效果好,低噪声,但是成本高,也是让曾经飙升的频率数字在将近两年的时间里结构复杂管子众多,不安全性高。步履维艰的一个原因。在80486之前的计算机上,处理器只需要一个简单的铝制散热片就足以2蒸发散热技术的原理确保正常运行,而进入G赫兹时代热量的问题日益凸现,而今各散热器厂商也可谓想尽了办法,风将风冷和水冷有效结合起来的蒸发散热技扇也从过去的被动变为主动,风扇转速的提高,口术,利用蒸发相变的带走的潜热,有效地
6、提高了径的增大,叶片形状的不断改进、散热器体积和重CPU的散热效果;而且在原有散热器的结构上也量不断增大、嵌铜甚至纯铜风扇的应用,一直到时不必做太大的改动,比较简单,没有水冷管子众多[1]下热管技术的普及,虽然还能够“应付”一时,但的麻烦。收稿日期:2005—09—2670FLUIDMACHINERYVol134,No17,2006在当前风冷散热器的结构上稍加改动,翅片C=A/B(1)做成中空容器形式可以存放少量水,散热表面用虽然传热也受到辐射和对流的影响,但相对金属渗透膜做成,可以不断渗出水分并
7、在散热表蒸发潜热来说可以忽略。面形成极薄的一层水膜并在风扇的强制气流下蒸参考文献[3]中蒸发率E表示为蒸发风速函发带走。这样,由于水的存在,CPU的温度不会太数a与水表面与空气中水汽压差Δe的乘[3][3,5,6]高,而且水蒸发带来的散热效果非常理想。积,即:蒸发散热器示意如图1所示。E=aΔe(2)实际上,C=E,这样由蒸发风速函数可以求出CPU风扇风速。312散热器加水时间间隔假设经实验研究所得耗水n克后需加水以满足蒸发散热的需要,则加水时间间隔t=n/C(3)313渗透金属表面积的计算2假设
8、渗透金属的渗透能力为Dg/(h·m),计算的单位时间渗水量为C,则可得出渗透金属的表面积S=C/D(4)[7]314翅片的长度图1蒸发散热器示意如果计算所得的渗透金属的表面积S比水蒸发散热器流场示意如图2所示。容器腔的渗透金属面积大,则用渗透金属翅片来补充。4渗透能力实验411渗透能力实验装置构想(见图3)图2蒸发散热器流场示意A区代表热量从CPU经导热金属进入散热器;B区代表水流场在水容器腔内的情况,左边是热流体上升,[4]右边是冷流体下降,右边的水渗透蒸发变为水蒸气并被风扇的强
