一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热装置及系统

本发明涉及芯片散热装置，尤其是一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热装置及系统。

背景技术：

1、现代信息社会中电子行业快速发展，能源消耗日益增多，对于散热系统的需求变高。电子系统中芯片的能耗居多，大约占据数据中心能耗的50％。计算机芯片发展趋势中尺寸不断减小并且集成程度增大，加上工作的频率提高，导致芯片局部的温度过高，热流密度增大，影响到芯片系统的工作稳定性，包括电性能、机械性能、频率等方面，而大功率芯片的散热问题尤为突出，因此实现芯片的快速冷却，保证芯片的正常运行，是急需解决的现实问题。

2、芯片散热的主流方式为空冷和液冷，随着散热要求越来越高，逐渐不能满足现实需要，迫切需要一种全新的冷却方式。提升散热能力的途径有以下几种：一、发现新的冷却能力更好的冷却液；二、提供更多地冷却液；三、扩大散热面积；其中，新的冷却液发现速度跟不上芯片集成规模的速度，很难有所突破；而更多地冷却液和扩大散热面积又会增大结构尺寸，在很多场合下不够方便和简洁。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热装置及系统，在未增大散热体积的基础上，微气泡浮在散热通道内的液体上方，在机翼形边界上通过，扰动了附着在边界层上的热流体，加快了热流体的流动，带走了热量，加快了流体的速度。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热装置，包括箱体，箱体内部设有依次连接的水箱、水泵、微气泡发生器、分流器，分流器连接散热通道一端，散热通道上层为流线型的机翼型边界，水在微气泡发生器内产生微气泡形成气液两相流并经过散热通道，气泡浮在上层滑过散热通道并扰乱机翼型边界上固留的液体以带走固留的热量；散热通道另一端通过循环冷却系统连接水箱。

4、作为进一步的实现方式，所述分流器通过管路连接多个散热通道的通道入水孔。

5、作为进一步的实现方式，所述循环冷却系统包括汇流器，汇流器通过管路连接多个散热通道的通道出水孔。

6、作为进一步的实现方式，所述汇流器连接冷排，冷排上设置风扇。

7、作为进一步的实现方式，所述冷排通过循环管路连接水箱，循环管路上设置水泵和电磁阀。

8、作为进一步的实现方式，还包括温度传感器，用于设置在芯片上。

9、作为进一步的实现方式，所述温度传感器连接控制系统，控制系统用于根据芯片温度以控制水泵功率。

10、第二方面，一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热系统，包括如上任一所述的芯片散热装置，还包括芯片，芯片与散热通道的机翼型边界贴合，散热装置中的分流器输出端与散热通道的通道入水孔连接，通道出水孔通过循环冷却系统连接水箱。

11、作为进一步的实现方式，还包括温度传感器和控制系统，温度传感器设置于芯片上，温度传感器连接控制系统，控制系统连接水泵。

12、作为进一步的实现方式，所述控制系统采用上位机。

13、上述本发明的有益效果如下：

14、1.本发明采用微气泡与微通道结合的散热方式，在未增大散热体积的基础上，微气泡浮在散热通道内的液体上方，在机翼形边界上通过，扰动了附着在边界层上的热流体，加快了热流体的流动，带走了热量，加快了流体的速度；这种散热方式集合了体积小、结构简单、生产方便、耗能低、高效、散热效率高等优势，可以进一步满足大功率芯片的散热需求。

15、2.本发明可以根据温度传感器反馈的芯片实时温度，将温度数据发送给上位机，上位机调节水泵流量，不仅增强了散热能力与效率，还节约了水泵的能量。

技术特征：

1.一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热装置，其特征在于，包括箱体，箱体内部设有依次连接的水箱、水泵、微气泡发生器、分流器，分流器连接散热通道一端，散热通道上层为流线型的机翼型边界，水在微气泡发生器内产生微气泡形成气液两相流并经过散热通道，气泡浮在上层滑过散热通道并扰乱机翼型边界上固留的液体以带走固留的热量；散热通道另一端通过循环冷却系统连接水箱。

2.根据权利要求1所述的一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热装置，其特征在于，所述分流器通过管路连接多个散热通道的通道入水孔。

3.根据权利要求2所述的一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热装置，其特征在于，所述循环冷却系统包括汇流器，汇流器通过管路连接多个散热通道的通道出水孔。

4.根据权利要求3所述的一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热装置，其特征在于，所述汇流器连接冷排，冷排上设置风扇。

5.根据权利要求4所述的一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热装置，其特征在于，所述冷排通过循环管路连接水箱，循环管路上设置水泵和电磁阀。

6.根据权利要求1所述的一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热装置，其特征在于，还包括温度传感器，用于设置在芯片上。

7.根据权利要求6所述的一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热装置，其特征在于，温度传感器连接控制系统，控制系统用于根据芯片温度以调节水泵功率。

8.一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一所述的芯片散热装置，还包括芯片，芯片与散热通道的机翼型边界贴合，散热装置中的分流器输出端与散热通道的通道入水孔连接，通道出水孔通过循环冷却系统连接水箱。

9.根据权利要求8所述的一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热系统，其特征在于，还包括温度传感器和控制系统，温度传感器设置于芯片上，温度传感器连接控制系统，控制系统连接水泵。

10.根据权利要求9所述的一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热系统，其特征在于，所述控制系统采用上位机。

技术总结
本发明公开了一种基于微气泡扰流的大功率芯片散热装置及系统，涉及芯片散热装置技术领域，包括箱体，箱体内部设有依次连接的水箱、水泵、微气泡发生器、分流器，分流器连接散热通道一端，散热通道上层为流线型的机翼型边界，水在微气泡发生器内产生微气泡形成气液两相流并经过散热通道，气泡浮在上层滑过散热通道并扰乱机翼型边界上固留的液体以带走固留的热量；散热通道另一端通过循环冷却系统连接水箱；采用微气泡与微通道结合的散热方式，在未增大散热体积的基础上，微气泡浮在散热通道内的液体上方，在机翼形边界上通过，扰动了附着在边界层上的热流体，加快了热流体的流动，带走了热量，加快了流体的速度。

技术研发人员：姜兆亮,李秀忠,丁兆磊,郭云龙,徐静
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13