一种基于纳米流体的CPU散热冷却系统技术方案

技术编号:18657556 阅读:30 留言:0更新日期:2018-08-11 14:15
本发明专利技术公开了一种基于纳米流体的CPU散热冷却系统,所述CPU散热盒由多个侧板、亚克力板和CPU吸热板组成,亚克力板平行设置在CPU吸热板的上方,多个侧板的上下端分别与亚克力板和CPU吸热板密封固定后围成空腔,所述亚克力板上开设进液口和出液口,处于空腔内的CPU吸热板一侧表面上设有多个半球形凸起,CPU吸热板的另一侧表面紧贴CPU芯片;CPU散热盒的进液口与阀门的一端连接,阀门的另一端与蠕动泵的输出端连接,蠕动泵的输入端与水箱的出液端连接,水箱的进液端与低温恒温槽的出液端连接,低温恒温槽的进液端与CPU散热盒的出液口连接。通过纳米流体及带有多个凸起的CPU散热盒,可提高对CPU芯片的换热效率,从而降低CPU芯片的温度,并且无需风扇,避免产生噪音。

A CPU cooling and cooling system based on nanofluids

The invention discloses a CPU heat dissipation and cooling system based on nanofluids. The CPU heat dissipation box is composed of a plurality of side plates, acrylic plates and CPU heat absorbing plates. The acrylic plates are arranged parallel above the CPU heat absorbing plates, and the upper and lower ends of the plurality of side plates are sealed and fixed with acrylic plates and CPU heat absorbing plates, and are enclosed in a cavity. A liquid inlet and a liquid outlet are arranged on the board, and a plurality of hemispherical bulges are arranged on the surface of one side of the CPU heat absorbing plate in the cavity, and the other side of the CPU heat absorbing plate is close to the CPU chip; the liquid inlet of the CPU radiator box is connected with one end of the valve, the other end of the valve is connected with the output end of the peristaltic pump, and the input end of the peristaltic pump is connected with the water tank. The liquid end is connected, the liquid inlet of the water tank is connected with the liquid outlet of the cryostat tank, and the liquid inlet of the cryostat tank is connected with the liquid outlet of the CPU radiator box. The heat transfer efficiency of CPU chips can be improved by using Nanofluids and a CPU radiator with multiple protrusions, thereby reducing the temperature of the CPU chips and eliminating the need for fans and noise.

【技术实现步骤摘要】
一种基于纳米流体的CPU散热冷却系统
本专利技术涉及一种散热冷却系统,具体是一种基于纳米流体的CPU散热冷却系统。
技术介绍
随着电子技术的进步,计算机CPU芯片朝着高密度、大功率、高频化的方向发展,然而CPU的高发热量成为制约其发展的瓶颈。CPU芯片的进一步高密度和大功率化使得其单位面积的发热量大幅度提高,为了使CPU发挥其最佳性能并保障操作可靠性、安全性及使用寿命,采取有效的散热冷却方式,显得尤为迫切与重要。目前,CPU散热的方式多种多样。其中,风冷是最常用的一种散热方式,由于它造价低、结构简单等优点,被广泛的应用在台式电脑和笔记本电脑中。但是,其噪音大,冷却效果差,而且随着计算机芯片发热量的不断提高,风冷散热不再能满足散热需求。新型的液体金属散热方式虽然理论上具有很大的发展潜力,但是由于其高昂的造价很难大批量的生产,而且在实际应用中的效果也并不理想,与目前已经成熟的风冷散热器相比,没有优势可言。液体冷却技术作为一种高效的冷却技术,成为各类台式机以及大型工作站的主要散热方式。如今,对于提高液体冷却的换热效率主要是研究其冷却工质和流道结构,冷却工质主要包括水、纳米流体、液体金属。液体金属的导热系数最高,其次是纳米流体,最后是水。虽然液体金属具有较高的导热系数,但是其不仅价格昂贵,而且制作工艺复杂。水作为常用的冷却工质目前还能满足要求,但由于其本身的导热系数较低,因此从长远来看,纯水也将被新的冷却液体所取代。纳米流体作为一种新型的强化换热工质,具有导热系数高、传热性能好的优点。此外,纳米颗粒的小尺寸效应,其行为接近液体分子,不会像毫米级或微米级的颗粒产生磨损、堵塞等不良后果。因此,与在液体中加入毫米级或微米级颗粒强化换热相比,纳米流体更适用于实际应用。另外公开号CN10101325863A的中国专利技术专利公开的一种自动循环液冷散热装置,该散热器采用一体结构、密封环路、自动循环。它包括:吸热部分、导热管、散热部、回流管、注液孔、密封螺丝和压变部件。利用液体在吸热端受热密度减小,在散热端液体散热密度增加,液体在循环密封容器里形成压差,产生压力,压力使得吸热端液体上升,散热端液体下降,液体在密封环路容器里形成自动循环流动,传递热量,达到散热目的。该专利技术使用液冷技术一定程度上降低了芯片的温度,但是其吸热部分和散热部分的换热面均为光滑平面,这就使得换热效率受到限制。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题,本专利技术提供一种基于纳米流体的CPU散热冷却系统,通过纳米流体及带有多个凸起的CPU散热盒,可提高对CPU芯片的换热效率,从而降低CPU芯片的温度,使其安全运行,并且无需风扇,避免产生噪音。为了实现上述目的,本专利技术采用的技术方案是:一种基于纳米流体的CPU散热冷却系统,包括CPU散热盒、水箱、温度采集装置、差压变送器、CPU芯片测温装置、低温恒温槽、流量计和蠕动泵,CPU散热盒固定在CPU支架上,所述CPU散热盒由多个侧板、亚克力板和CPU吸热板组成,亚克力板平行设置在CPU吸热板的上方,多个侧板的上下端分别与亚克力板和CPU吸热板密封固定,使侧板、亚克力板和CPU吸热板围成空腔,所述亚克力板上开设进液口和出液口,处于空腔内的CPU吸热板一侧表面上设有多个半球形凸起,CPU吸热板的另一侧表面紧贴CPU芯片;CPU散热盒的进液口与阀门的一端连接,阀门的另一端与蠕动泵的输出端连接,蠕动泵的输入端与水箱的出液端连接,水箱的进液端与低温恒温槽的出液端连接,低温恒温槽的进液端与CPU散热盒的出液口连接,水箱内充入冷却液,冷却液为TiO2-H2O纳米流体;所述差压变送器的两个测温端分别与CPU散热盒的进液口和出液口连接,CPU芯片测温装置固定在CPU吸热板上,温度采集装置采集差压变送器的检测数据和CPU芯片测温装置的检测数据并反馈给电脑。进一步,所述CPU芯片测温装置为T型热电偶。进一步,所述多个半球形凸起成交错排列布置在CPU吸热板一侧表面上。优选的,所述TiO2-H2O纳米流体的制备步骤为:首先在去离子水中加入一定量的TDL-ND1分散剂,然后采用机械搅拌器将二者进行搅拌以混合均匀,形成混合液Ⅰ;然后在混合液Ⅰ中加入所配置质量分数ω为0.1%~0.5%的TiO2-H2O纳米颗粒,接着再用机械搅拌器和磁力搅拌器搅拌40min,使得TiO2-H2O纳米颗粒充分分布在去离子水中,形成混合液Ⅱ;接着,用滴管在混合液Ⅱ中注入NaOH溶液,调节混合液Ⅱ的PH值直至混合液Ⅱ的PH等于8停止注入;将混合液Ⅱ放入超声波振荡设备中震荡40min;最终,制得稳定的TiO2-H2O纳米流体。优选的,所述在混合液Ⅰ中加入所配置质量分数ω为0.4%的TiO2-H2O纳米颗粒。与现有技术相比,本专利技术具有以下优点:纳米流体从CPU吸热盒的进口流入,携带CPU芯片所产生的热量从出口流出,从而降低芯片温度,然后通过低温恒温槽对纳米流体进行降温,然后使其进入水箱进行再循环工作;紧贴芯片的CPU吸热板上布置了多个半球形凸起,破坏了流动的边界层,加强了对流换热。同时对本专利技术进行了综合测试,得到以下结论:与水相比,通过顺序排列和交错排列的冷却方式,芯片温度分别降低10.5%和12.5%,并且交错排列比顺序排列具有更好的冷却效果,交错排列芯片温度比顺序排列芯片温度降低2.7-3.8%;质量分数为0.4%的纳米流体冷却效果最好;当雷诺数小于365时,随纳米流体质量分数的增加,流动阻力系数有明显的增加,当雷诺数大于365时,排列方式和质量分数对流动阻力系数的影响很小;顺序排列和交错排列的综合评价指数最高可达1.71和1.89。本专利技术能够大幅降低CPU芯片的温度,使其安全运行,并且无需风扇,避免产生噪音。附图说明图1是本专利技术中制备纳米流体流程图;图2是本专利技术的结构示意图;图3是本专利技术中CPU散热盒的剖面示意图;图4是本专利技术中凸起顺序排列的位置示意图;图5是本专利技术中凸起交错排列的位置示意图;图6为本专利技术中纳米流体努塞尔数的计算值与经验值的对比图;图7为本专利技术中纳米流体的雷诺数对CPU吸热板的表面温度影响变化图;图8为本专利技术中纳米流体的质量分数对顺序排列的CPU吸热板的表面温度影响变化图;图9为本专利技术中纳米流体的质量分数对交错排列的CPU吸热板的表面温度影响变化图;图10为本专利技术中纳米流体的雷诺数对对流换热系数的影响变化图;图11为本专利技术中纳米流体的雷诺数对顺序排列的努塞尔数的影响变化图;图12为本专利技术中纳米流体的雷诺数对交错排列的努塞尔数的影响变化图;图13为本专利技术中雷诺数对顺序排列的流动阻力系数的影响变化图;图14为本专利技术中雷诺数对交错排列的流动阻力系数的影响变化图;图15为本专利技术中雷诺数对综合评价指数的影响变化图。图中:1、进液口,2、出液口,3、亚克力板,4、CPU支架,5、CPU吸热板,6、凸起,7、CPU芯片,8、空腔,9、侧板。具体实施方式下面将对本专利技术作进一步说明。如图所示,本专利技术包括CPU散热盒、水箱、温度采集装置、差压变送器、CPU芯片测温装置、低温恒温槽、流量计和蠕动泵,CPU散热盒固定在CPU支架4上,所述CPU散热盒由多个侧板9、亚克力板3和CPU吸热板5组成,亚克力板3平行设置在CPU吸热板5的上方,多个侧板9的上下端分别与亚克力板3和CP本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于纳米流体的CPU散热冷却系统,其特征在于,包括CPU散热盒、水箱、温度采集装置、差压变送器、CPU芯片测温装置、低温恒温槽、流量计和蠕动泵,CPU散热盒固定在CPU支架(4)上,所述CPU散热盒由多个侧板(9)、亚克力板(3)和CPU吸热板(5)组成,亚克力板(3)平行设置在CPU吸热板(5)的上方,多个侧板(9)的上下端分别与亚克力板(3)和CPU吸热板(5)密封固定,使侧板(9)、亚克力板(3)和CPU吸热板(5)围成空腔(8),所述亚克力板(3)上开设进液口(1)和出液口(2),处于空腔(8)内的CPU吸热板(5)一侧表面上设有多个半球形凸起(6),CPU吸热板(5)的另一侧表面紧贴CPU芯片(7);CPU散热盒的进液口(1)与阀门的一端连接,阀门的另一端与蠕动泵的输出端连接,蠕动泵的输入端与水箱的出液端连接,水箱的进液端与低温恒温槽的出液端连接,低温恒温槽的进液端与CPU散热盒的出液口(2)连接,水箱内充入冷却液,冷却液为TiO2‑H2O纳米流体;所述差压变送器的两个测温端分别与CPU散热盒的进液口(1)和出液口(2)连接,CPU芯片测温装置固定在CPU吸热板(5)上,温度采集装置采集差压变送器的检测数据和CPU芯片测温装置的检测数据并反馈给电脑。...

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米流体的CPU散热冷却系统,其特征在于,包括CPU散热盒、水箱、温度采集装置、差压变送器、CPU芯片测温装置、低温恒温槽、流量计和蠕动泵,CPU散热盒固定在CPU支架(4)上,所述CPU散热盒由多个侧板(9)、亚克力板(3)和CPU吸热板(5)组成,亚克力板(3)平行设置在CPU吸热板(5)的上方,多个侧板(9)的上下端分别与亚克力板(3)和CPU吸热板(5)密封固定,使侧板(9)、亚克力板(3)和CPU吸热板(5)围成空腔(8),所述亚克力板(3)上开设进液口(1)和出液口(2),处于空腔(8)内的CPU吸热板(5)一侧表面上设有多个半球形凸起(6),CPU吸热板(5)的另一侧表面紧贴CPU芯片(7);CPU散热盒的进液口(1)与阀门的一端连接,阀门的另一端与蠕动泵的输出端连接,蠕动泵的输入端与水箱的出液端连接,水箱的进液端与低温恒温槽的出液端连接,低温恒温槽的进液端与CPU散热盒的出液口(2)连接,水箱内充入冷却液,冷却液为TiO2-H2O纳米流体;所述差压变送器的两个测温端分别与CPU散热盒的进液口(1)和出液口(2)连接,CPU芯片测温装置固定在CPU吸热板(5)上,温度采集装置采集差压变送器的检测数据和...

【专利技术属性】
技术研发人员:齐聪赵宁陈田田刘毛妮李春阳
申请(专利权)人:中国矿业大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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