Wydajne chłodzenie urządzeń elektronicznych

Wyzwanie, jakie nieustannie towarzyszy budowie urządzeń mikroelektronicznych, dotyczy zapewnienia stałej odpowiedniej mocy podczas pracy. Ogólnie rzecz biorąc, im więcej mocy, tym większe straty mocy, a tym samym wzrost temperatury. Wytwarzane ciepło musi być odprowadzane, aby urządzenie mogło działać niezawodnie.

Uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu "Thermal management of high power microsystems using multiphase flows" (THERMAPOWER) wykonują ważny krok w kierunku stworzenia nowej, wydajnej i niezawodnej metody odprowadzania ciepła, prowadząc szeroko zakrojone badania nad przepływami dwufazowymi i przenikaniem ciepła. Do najważniejszych zagadnień objętych badaniami należą wrzenie w dużej objętości, parowanie, wrzenie w przepływie oraz skraplanie.

Naukowcy będą eksperymentalnie badać przepływy dwufazowe w rurkach i kanałach o różnej powierzchni. Przy pomocy nowych technik obrazowania uczeni scharakteryzują przepływy dwufazowe z nukleacją w pobliżu temperatury wrzenia, na powierzchniach uporządkowanych lub powlekanych.

Prace dotyczą także kwantyfikacji przepływów ciepła związanych ze skraplaniem i parowaniem przy różnych stopniach zwilżenia mikrokanalików o różnym przekroju. Obliczone zostaną także niestabilności przepływów dwufazowych.

Dotychczas naukowcy uzyskali nowe wiadomości na temat niestabilności przepływu podczas wrzenia w przepływie oraz jedno- i wielokanałowych rozpraszaczy ciepła. Wyniki tych prac pokazały, że niestabilności można rejestrować, mierząc spadek ciśnienia lub temperaturę w kanałach. Dzięki nowej technice obrazowania termicznego naukowcy zbadali strukturę przepływu podczas wrzenia w przepływie.

Prowadzone prace dotyczyły także badania parowania pojedynczych kropel oraz wzrostu pęcherzyków. Uczeni dowiedli istnienia niestabilności hydrotermalnych, a także cienkiej warstwy zwilżania u podstawy rosnących pęcherzyków podczas parowania. Przygotowali też pierwszy model opisujący trójwymiarową naturę procesy przemiany fazowej podczas parowania zwilżonych kropli na nagrzanych powierzchniach.

Projekt THERMAPOWER realizowany jest przy współpracy Chin, UE i USA. Wyniki omawianych prac powinny mieć istotne znaczenie dla budowy urządzeń takich jak telefony komórkowe, chłodziarki, klastry superkomputerów i sprzęt kosmiczny.