Az elektronikai technológia újdonságai

Az elektronikai technológia újdonságai - 2009. ısz

HŐTÉSI MEGOLDÁSOK Az elektronikai technológia újdonságai Sinkovics Bálint 2009. október 13.

BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY

Hıterjedés – a hıterjedés formái 1. Hıvezetés: a közeget alkotó részecskék elmozdulása nem számottevı, illetve rendezetlen, konkrét mechanizmusai: • hımozgás, • diffúzió, • elemi hullámok.

2. Hıszállítás: a közeget alkotó részecskék rendezett elmozdulásával valósul meg, konkrét mechanizmusai: • áramlás, • (molekuláris szintő) vezetés, • sugárzás.

3. Hısugárzás: az energia térbeli terjedésének elektromágneses hullámok formájában megvalósuló folyamata.

Hőtési megoldások

Sinkovics Bálint - BME-ETT

2/26

1


Hıvezetés 1822 – Fourier-törvény: dQ dT = −λ ⋅ F ⋅ dt dx ahol dQ/dt a hıáram, λ a hıvezetési tényezı, F a felület, dT/dx a hımérsékleti gradiens

Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830)

A hıvezetés általános differenciálegyenlete (λ hımérsékletfüggetlen): Nem jeleníthetı meg a k ép. Lehet, hogy nincs elegendı memória a megny itásához, de az sem k izárt, hogy sérült a k ép. Indítsa újra a számítógépet, és ny issa meg újból a fájlt. Ha tov ábbra is a piros x ik on jelenik meg, törölje a k épet, és szúrja be ismét.

 ∂ 2T ∂ 2T ∂ 2T  ρc ∂T  2 + 2 + 2 = ∂y ∂z  λ ∂t  ∂x


3/26

Hıszállítás Áramló közegre vonatkozı hıvezetési egyenlet: (a sugárzás elhanyagolásával, ha az áramló közegben csak hıvezetés, és a tömegáramból adódó „hıáramlás” van)

∂ 2T ∂ 2T ∂ 2T ρc  ∂T ∂T ∂T ∂T    + + = + wx + wy + wz ∂x 2 ∂y 2 ∂z 2 λ  ∂t ∂x ∂y ∂z  ahol wx, wy, wz a közeg sebességösszetevıi, melyek a Navier-Stokes egyenlet segítségével határozhatók meg.



4/26

2


Hıátadás A hıátadás a szilárd testek és a folyadékok (gázok) határfelületén létrejövı hıterjedés, melyben a vezetés, a szállítás és a sugárzás is szerepet játszik.

1701 – Newton, hıleadás egyenlete: dQ = α ⋅ F ⋅ (Tsz − T f ) dt ahol dQ/dt a hıáram, α az ún. hıleadási tényezı, F a felület, Tsz a szilárd test hımérséklete, Tf a folyadék (gáz) hımérséklete.


Isaac Newton (1642-1727)

5/26

Hıátadás speciális esete Két szilárd test érintkezése:

Mindhárom vezetési forma jelen van: • vezetés, • hıátadás-szállítás, • sugárzás.



6/26

3


Hısugárzás 1879 – Stefan (Boltzmann): dQ 4 = ε ⋅ σ 0 ⋅ F ⋅ (Tsz − Tk ) dt Josef Stefan (1835-1893)

(szürke testekre!) ahol dQ/dt a hıáram, ε az emissziós tényezı, σ0 a Stefan-Boltzmann állandó, 5,67e-8 W/(m2K4) F a felület Tsz a szilárd test hımérséklete, Tk a környezet hımérséklete.

Ludwig Eduard Boltzmann (1844-1906) Hőtési megoldások

7/26

Halmazállapot-változások T

Q Példa: 1 kg víz 20-100°C-ra melegítése: 0,335 MJ elforralása: 2,26 MJ energiát igényel



8/26

4


Termikus interfész megoldások Interfész anyagok szerepe: • rések kitöltése, • kis hıellenállás. Megvalósítás: • hıvezetı paszta, • hıvezetı ragasztó, • hıvezetı alátét, • halmazállapotváltó anyagok.


9/26

Hőtési megoldások - léghőtés Megvalósítás szempontjai, problémák: -

a hıt kis felületrıl kell elvezetni,

-

lehetıleg nagy felületen kell leadni,

-

termikus ellenállást minimalizálni kell (lehetıleg egy tömbbıl legyen),

-

illesztéseknél a termikus ellenállást minimalizálni kell,

-

hıleadást mesterséges konvekcióval gyorsítani tudjuk.



10/26

5


Hőtési megoldások - léghőtés „Klasszikus” hőtıbordák felépítése:

Lamellák: - nagyobb felület => nagyobb hıleadás - nagyobb felület => nagyobb hıellenállás - kisebb vastagság => nagyobb felület - kisebb vastagság => nagyobb hıellenállás - kisebb vastagság => nehezebb megvalósíthatóság Talp: - mérete igazodik a hőtendı felülethez, - vastagabb talp => nagyobb hıkapacitás, jobb hıelosztás - vastagabb talp => nagyobb hıellenállás Hőtési megoldások

11/26

Hőtési megoldások - léghőtés Hőtıbordák anyagai: • alumínium: • olcsó, • könnyen megmunkálható, • jó hıleadás.

• vörösréz: • • • •

magasabb ár, nehezen megmunkálható, jobb hıvezetıképesség, rosszabb hıleadás.



12/26

6


Hőtési megoldások - léghőtés Hıleadás javítása: mesterséges konvekció Ventilállátorok alaptípusai: • •

axiális, radiális.

Legfontosabb jellemzıik: • • • •

fordulatszám, méret, lapátok dılésszöge, lapátok kialakítása, felületének minısége.


13/26

Hőtési megoldások – léghőtés, példák



14/26

7


Hőtési megoldások – léghőtés, példák


15/26

Hőtési megoldások - folyadékhőtés Mőködésének alapja: a folyadékok fajhıje nagyobb a gázokénál.



16/26

8


Hőtési megoldások – hıszállító csı Kifejlesztésének motivációja: a lehetı legnagyobb hıáram megvalósítása. Hıvezetıképessége 100....1000-szer akkora, mint a rézé. Mőködési elv: porózusfalú vákuumcsı, kis mennyiségő folyadékkal (víz)


17/26

Hőtési megoldások – heat pipe, példák



18/26

9


Hőtési megoldások – Peltier-hőtés Peltier-elem: félvezetı hıszivattyú bizmut-tellurit pn átmenetek elektromosan sorba, termikusan párhuzamosan kapcsolva. Többlépcsıs változattal ~ -150°C elérhet ı

Megvalósítás: • az elem meleg oldalán hőtéssel (folyadék), • kétkörös folyadékhőtés. Hőtési megoldások

19/26

Hőtési megoldások – Peltier, példák



20/26

10


Hőtési megoldások – kompresszoros hőtés Mőködési elve a normál hőtıgépével egyezik meg


21/26

Hőtési megoldások – kompresszoros hőtés



22/26

11


Szekrény szint - példák

Léghőtés: 3500 W/rack


23/26

Szekrény szint - példák

Folyadékhőtés: 70 kW/szekrény



24/26

12


Szekrény szint - példák Kompresszoros hőtés: 43 kW/szekrény alacsony hımérséklet


25/26

Direkt folyadékhőtés, példa IBM Bluefire: • • • • •

11 szekrény 4096 db Power6 processzor (4.7 GHz) 330 GB RAM 71 TFLOPS



26/26

13


Direkt folyadékhőtés, példa Rack-enként 16 db kétmagos processzor, 2x64 DIMM foglalat



27/26

14

Az elektronikai technológia újdonságai

Recommend Documents