微通道冷卻
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
微通道冷卻的實例教程
新型微通道自然循環電子冷卻器
中科院廣州能源研究研究所徐進良研究員領導的團隊勇于探索，攻關4年，于近期成功研制微通道自然循環電子冷卻器并在高端計算機上運行。此項成果通過廣州市科技局組織的專家鑒定，鑒定意見認為達到國際先進水平，可廣泛應用于信息、空間、軍事等領域，建議進一步推廣使用，以造福社會。
徐進良團隊幾年前就開始這項研究，并在去年承擔廣州市科技攻關項目“新型微通道自然循環電子冷卻器及產業化”，針對目前在信息、空間、軍事技術等領域中廣泛存在的電子設備高集成度、高熱流密度及溫度失效率大幅度上升等問題，經過多次分析，試驗等，提出并實現了微通道自然循環冷卻器的原理及樣機研制。
樣機由內含微通道的金屬底坐和兩根金屬導管及一個圓形冷凝器和散熱片組成(見圖所示)。所研制的樣機，經廣州市能源監督所檢測，冷卻熱功率達300W，熱流密度達33W/cm2。這兩項指標分別為目前高端計算機熱功率及熱流密度的三倍，可采用風散低轉速或完全無風自然循環運行，大大降低了噪音，并提高了可靠性。另外，該原理可根據不同用戶需要，進行不同的機構尺寸設計，應用范圍廣。
據介紹，該冷卻器中采用了三項關鍵技術：(1)微通道用于強化傳熱，以解決芯片的高熱流密度問題，(2)自然循環原理解決了冷卻器回路的壓力驅動問題，完全實現了無泵運行，(3)微型冷凝器與太陽花散熱器之間采用過盈配合，可避免異質金屬之間的焊接，并使接觸熱阻降低到最小。整個冷卻器回路采用全焊接模式密封，因而可靠性高。根據廣東省科學技術情報研究所對國內外專利及文獻的全面檢索分析及驗收鑒定專家的實際考核，認為該項目屬于集成性自主創新，建議進一步開發批量生產技術及裝備，以推廣應用于計算機、通訊基站、大功率電子及激光器等領域。
展開 隨著集成電路的迅猛發展（尤其是在射頻微波領域），三維高性能集成電路如GaN等功放器件已廣泛應用于小型化的、微系統產品中。由此也帶來了電子設備及系統中功耗、熱流密度的迅速增加。3D集成電路中持續累積的熱耗已經限制了其應用，如何快速有效的進行散熱是該領域亟需解決的問題。本文針對三種不同微流道散熱結構，建立了三維CFD模型來研究其流阻性能和散熱能力。為了驗證數值計算的結果，本文通過深硅刻蝕和陽極鍵合工藝分別加工了直通、蛇形微流道散熱器，另外，通過薄膜工藝加工了氮化鋁基TaN薄膜電阻用以模擬真實器件發熱。設計并加工了熱測試夾具，自行搭建了液冷測試系統來進行不同結構的熱性能測試。測試結果進一步驗證了仿真的合理性，最終采用蛇形散熱結構實現了443W/cm2的熱流密度。
展開 除此之外，浸入式系統將整個機架沉入介電液中，因此冷卻液可以接觸系統的每個部分。主要供應商現在提供針對沉浸感進行優化的服務器。
但還有更進一步的步驟。如果流體可以更接近熱源——硅芯片本身的晶體管，那會怎樣？如果冷卻液在處理器內部流動怎么樣？Microsoft系統技術總監Husam Alissa認為這是一個令人興奮的未來選擇：“在微流體中，有時被稱為嵌入式冷卻，3D異構或集成冷卻，我們將冷卻帶到芯片內部，非常接近運行工作的有源內核。這不僅僅是一個更好的冷卻系統：“當你進入微流體領域時，你不再只是解決一個熱問題。具有自己冷卻系統的芯片可以從源頭上解決問題，即硬件本身。
02
微流控的誕生
1981年，斯坦福大學的研究人員David Tuckerman和R F Pease提出將微小的“微通道”蝕刻到散熱器中，可以更有效地去除熱量。小通道具有更大的表面積，可以更有效地去除熱量。他們建議，散熱器可以成為VLSI芯片的一個組成部分，他們的演示證明微通道散熱器可以支持每平方米800W的令人印象深刻的熱通量。從那時起，這個想法在大學中一直存在，但只對數據中心的實際硅產生了切身影響。
2002年，斯坦福大學教授Ken Goodson、Tom Kenny和Juan Santiago成立了Cooligy，這是一家初創公司，其“有源微通道”設計令人印象深刻，其散熱器直接內置在芯片上，以及一個巧妙的靜音固態電動泵來循環水。該公司于 2005 年被 Emerson Network Power 收購。
隨著半導體制造的發展并進入三維結構，集成冷卻和加工的想法變得更加實用。從 1980 年代開始，制造商嘗試在硅芯片上將多個組件相互疊加。
展開 紅外加熱爐冷卻通道設計及熱-流耦合仿真 ￥1000
本案例設計建立了一紅外加熱爐，并對模型進行了一定的簡化處理，基于COMSOL軟件的多物理場耦合相關模塊，仿真了爐內物體的加熱和冷卻過程。模型圖和仿真結果如下所示：
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在渦輪機行業，用流體冷卻渦輪葉片是常見的做法 流經冷卻孔。由于刀片中的溫度梯度， 會產生熱應力，從而導致葉片失效。
在典型的熱應力分析中，溫度被計算出來，然后應用為 應力分析的荷載條件。雖然可以解決 溫度通過對共軛傳熱進行建模 計算流體動力學 （CFD） 代碼，它需要大量的 計算資源。CFD 的降階模型，假設一維流 通過孔，可以提供一種廉價的解決方案，而不會造成重大損失 準確性。由于通過冷卻孔的質量流量是已知的，因此經驗 薄膜系數的關系可用于模擬來自 刀片到流體。
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在渦輪機行業，用流體冷卻渦輪葉片是常見的做法 流經冷卻孔。由于刀片中的溫度梯度， 會產生熱應力，從而導致葉片失效。
在典型的熱應力分析中，溫度被計算出來，然后應用為 應力分析的荷載條件。雖然可以解決 溫度通過對共軛傳熱進行建模 計算流體動力學 （CFD） 代碼，它需要大量的 計算資源。CFD 的降階模型，假設一維流 通過孔，可以提供一種廉價的解決方案，而不會造成重大損失 準確性。由于通過冷卻孔的質量流量是已知的
積鼎科技依托 VirtualFlow 數值計算仿真平臺，運用先進數值模擬方法，可開展氣液兩相流多相動力學及其特性的數值模擬研究。在眾多工程應用中，高密度和高粘度比的多相流發揮著關鍵作用，然而，對這類流動進行穩健且準確模擬的方法仍有待完善。本文針對工業界廣泛應用的兩款多相流數值計算（CMFD）軟件 —— 國外商軟與積鼎科技的 VirtualFlow，在狹小管道兩相流仿真預報方面展開全面對比。兩款軟件核心差異在于采用不同的常用兩相流模擬方法
縱然液冷、相變儲能、微通道冷卻這些高端散熱方式在蓬勃發展，但應用最廣成本最低的方式依然是風扇。
電腦機箱、汽車以及游戲手機散熱，都離不開風扇。實際上即便在應用液冷的場合，最終將熱量排放到環境中的，還是風扇。
甚至人體的散熱，風扇也是主力。還記得小時候頭頂呼呼旋轉的吊扇嗎？
風扇看似簡單，但它是最典型的旋轉機械，結構設計大有學問。
研究背景：
具有深亞波長厚度（5cm）的吸收器對低頻聲音（<500Hz）的衰減在噪聲控制工程中引起了極大的興趣。然而，由于低頻聲音的強穿透性和普通材料的弱固有分散性，這是一項具有挑戰性的任務。傳統的吸聲材料，如多孔材料，已被證明對高頻吸聲（>1000Hz）有效，但如果厚度有限，在低頻時會有缺點。近年來，聲學超材料的概念為低頻吸聲器的設計提供了新的思路。許多亞波長吸聲材料或設備是基于諧振結構開發的
微通道熱管技術正引領多個行業邁向更高效、更環保的未來。在制冷空調領域，微通道換熱器以其高效傳熱與緊湊設計，成為提升能效的關鍵；在通信與電子行業，它有效解決了高密度設備散熱難題，助力綠色節能；交通運輸業中，微通道換熱器助力新能源汽車及傳統車輛空調系統升級，同時拓展至軌道交通與航空領域。化工與能源行業同樣受益，微通道技術提高了熱交換效率，促進了清潔能源的高效利用。此外，在生物醫療領域，微通道技術的精確溫控為藥物傳遞
本案例基于COMSOL軟件建立了T型結構和螺旋微通道模型，基于多物理場耦合模塊仿真得到了T型接頭入口處兩種溶液流入后的混合流動過程，模型及仿真結果如圖所示：
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紅外加熱爐是一種利用紅外輻射技術進行加熱的熱處理設備。它通過將電能轉化為紅外輻射能量，直接將熱能傳遞給物體，達到加熱的目的。紅外加熱爐的工作原理是基于物體對紅外輻射的吸收。紅外輻射能量可以被各種物體直接吸收并轉化為熱能，而無需通過傳導或對流來傳遞熱量。當物體暴露在紅外輻射源附近時，紅外輻射能量被物體吸收，使物體內部溫度升高。
本案例設計建立了一紅外加熱爐，并對模型進行了一定的簡化處理，基于COMSOL
錐形微通道是一種具有逐漸變窄的結構，它在微流體領域中扮演著重要的角色。錐形微通道的設計可以在流體中產生壓力變化，從而推動自流輸運。在錐形微通道中，當流體從寬端流向窄端時，通道的寬度減小，通道的剖面積減小，流速增加，而根據質量守恒定律，流體的質量流量保持不變。根據伯努利方程，流體速度增加會導致壓力降低。因此，在錐形微通道中，由于幾何上的突變，流體在通道中產生了驅動力，推動自身沿著通道從寬到窄運輸。這種自運輸現象可以在微流體技術中發揮重要作用
Wei 的研究成果于 2020 年發表在《自然》雜志上，他認為這個想法不會在微處理器中流行起來，他說微冷卻通道在電力電子領域會更有用，其中由氮化鎵 （GaN） 等半導體制成的大型芯片實際上管理和轉換電路內的電力。
研究領域
1：微/納尺度的傳熱物理
2：微/納結構的熱物理性質-數值模擬
3：微/納結構的熱物理性質-實驗測量
4：晶體管和IC的熱管理和可靠性
5：熱功能材料及熱管理器件
6：芯片的液冷微通道冷卻技術
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成果集錦
題目：Three-sensor 2ω method with multi-directional
