Численно–аналитическое исследование сопряженного теплообмена и термогидродинамических процессов в канальных структурах систем жидкостного охлаждения процессора

<jats:p> Исследованы теплофизические характеристики систем жидкостного охлаждения, предназначенных для современных высокопроизводительных процессоров с высоким уровнем тепловыделения. Рассмотрено влияние геометрической конфигурации канального оребрения (линейного и игольчатого типов) и гидродинамических параметров потока на суммарную тепловую эффективность водоблока. Методика исследования сочетает численное моделирование в программной среде <jats:italic>SolidWorks</jats:italic> <jats:italic>FlowSimulation</jats:italic> с применением <jats:italic>Low–Re</jats:italic> модификации <jats:italic>k – ε</jats:italic> модели турбулентности и нестационарную математическую модель теплового баланса замкнутого контура. При минимальной скорости течения 0.2 м/с температура процессора для обоих типов структур составляет около 48.9 °C. По мере увеличения скорости потока в пределах рабочей характеристики помпы, до обоснованного гидравлического предела, температура асимптотически снижается до 31.63°C для линейных ребер и до 32.49 °C для игольчатых. Анализ производной | <jats:italic>dT</jats:italic> / <jats:italic>dP</jats:italic> | позволил определить точки Парето–оптимума («насыщения» тепловой эффективности): 7,9 кПа для линейного оребрения и 9,7 кПа для игольчатого. За пределами этих значений дальнейшее повышение давления нецелесообразно: градиент снижения температуры не превышает 0.5 °C на 1 кПа. Согласно разработанной аналитической модели, при фиксированном объеме теплоносителя система выходит на квазистационарный режим за 4,24 минуты, что соответствует 353 циклам циркуляции теплоносителя. Полученные результаты позволяют выбирать конструктивные параметры водоблоков с учетом баланса между энергопотреблением помп в системах жидкостного охлаждения и эффективностью охлаждения серверных и вычислительных комплексов. </jats:p>