Применение миниканалов в системах охлаждения лазерных зеркал и чипов

DOI: 10.34759/tpt-2020-12-1-25-38

Авторы

Шанин Ю. И.

НИИ НПО «ЛУЧ», ул. Железнодорожная, д. 24, Подольск, Московская обл., 142103

e-mail: ShaninYuI@sialuch.ru

Аннотация

Приведено решение для одномерного стационарного температурного поля при одно- стороннем подводе тепла к миниканальным системам охлаждения, применяемым в ла- зерных зеркалах и блоках охлаждения электроники. Отмечено, что в лазерных зеркалах для уменьшения изгиба оптической поверхности системе охлаждения наряду с макси- мальным теплосъемом необходимо обеспечить теплоизоляцию основы зеркала, а приме- нительно к чипам — обеспечить максимальный теплосъем со всей теплообменной поверх- ности. Проведены экспериментальные исследования гидравлического сопротивления и теплоотдачи в реальных миниканальных системах охлаждения лазерных зеркал с шеро- ховатыми стенками в диапазоне изменения числа Рейнольдса 102 < Re < 4·104 с обобще- нием и сравнением результатов с известными соотношениями, имеющимися в литера- турных источниках. Отмечено, что существующим технологическим методам формиро- вания миниканалов присуща большая шероховатость стенок каналов, которая накладывает некоторые особенности на поведение гидравлического сопротивления и теплоотдачи в ламинарном, переходном и турбулентном режимах течения жидкости в та- ких каналах.

Ключевые слова:

лазерное зеркало, чип, система охлаждения, мини- и микроканал, шероховатость, гидравлическое сопротивление, теплоотдача

Библиографический список

1. Kandlikar S. Fundamental issues related to flow boiling in minichannels and microchanels // Experimental Thermal and Fluid Science. 2002. N 26. P. 389–407.

2. Дзюбенко Б.В., Кузма-Кичта Ю.А., Леоньев А.И., Федик И.И, Холпанов Л.П. Интенсификация тепло- и массообмена на макро-, микро- и наномасштабах. М.: ФГУП «ЦНИИАтоминформ», 2008. 532 с.

3. Bucci A., Celata G., Cumo М., Serra E., Zummo G. Wa- ter single-phase fluid flow and heat transfer in capillary tubes // First Int. Conf. on Microchannels and Minichannels,

4. New York, USA. April 21–23, 2003. P. 1–10. DOI: 10.1115/ICMM2003-1037.

5. Thakkar K., Kumar K., Trivedi H. Thermal & flow in mini-channel for electronic cooling: Review // International Journal of Innovative Research in Science, 2014. V. 3. N 2. P. 9726–9733.

6. Lu S., Vafai K. A comparative analysis of innovative microchannel heat sinks for electronic cooling // Interna- tional Communications in Heat and Mass Transfer. 2016. V. 76. P. 271–284.

7. Li Z.-X. Experimental study on flow characteristics of liq- uid in circular microtubes // Microscale Thermophysical Engineering. 2003. V. 7. N 3. P. 253–265. https://doi.org/ 10.1080/10893950390219083

8. Morini G.L. Laminar-to-turbulent flow transition in micro- channels// Microscale Thermophysical Engineering. 2004. V. 8. N 1. P. 15–30. https://doi.org/10.1080/108939504 90272902

9. Артемов В.И., Леонтьев А.И., Поляков А.Ф. Числен- ное моделирование конвективно-кондуктивного тепло- обмена в блоке прямоугольных микроканалов // ТВТ. 2005. Т. 43. Вып. 4. С. 580–593.

10. Шанин Ю.И., Шанин О.И. Теплообмен и гидросопро- тивление канальных систем охлаждения лазерных зеркал // Тепловые процессы в технике, 2010. № 11. С. 512–517.

11. Шанин Ю.И., Федосеев В.Н., Шанин О.И. Теплообмен в многослойных проточных системах охлаждения при одно- стороннем нагреве // ТВТ. 1991. Т. 29. № 2. С. 308–316.

12. Петухов Б.С. Теплообмен и сопротивление при лами- нарном течении в трубах. М.: Энергия, 1967. 412 с.

13. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974. 712 с.

14. Некрасов Б.Б. Гидравлика и ее применение на лета- тельных аппаратах. М.: Машиностроение, 1976. 504 с.

15. Петухов Б.С., Генин Л.Г., Ковалев С.А. Теплообмен в ядерных энергетических установках. М.: Атомиздат, 1974. 408 с.

16. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообмен- никах. М.: Наука, 1982. 472 с.

17. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973. 320 с.