Thermo-hydrodynamics of closed loop pulsating heat pipes [article]

Sameer Khandekar, Universität Stuttgart, Universität Stuttgart
2004
Das Thermalmanagement von Elektronikbauteilen ist ein Thema, welches aufgrund der Fortschritte in der Mikrosystemtechnik zunehmend an Bedeutung gewinnt. Multidisziplinäre Forschung ist notwendig, um dem vorherrschenden Trend zu immer höheren Leistungen und Wärmestromdichten in künftigen Mikroelektronikbauteilen Rechnung zu tragen. Materialforschung, neuartige modulare Konzepte, Herstellungs-technologien und Strategien in der Kühlung sind einige der Schlüsselbereiche, in denen Forschungsbedarf
more » ... Forschungsbedarf für ein erfolgreiches Thermalmanagement besteht. Im Mittelpunkt dieser Doktorarbeit steht der letztgenannte Bereich, die Beschreibung der komplexen Thermo-hydrodynamik von geschlossenen pulsierenden Wärmerohren (CLPHPs). Sie sind neu zur Familie der geschlossenen passiven 2-Phasen-Wärmeübertragungssysteme hinzugekommen. Diese auf den ersten Blick sehr einfach ausschauenden Bauteile sind sowohl für theoretische als auch für experimentelle Untersuchungen außerordentlich faszinierend. Es ist selten eine solche Kombination verschiedenster Mechanismen zu finden, wie Wachstum/Kollabieren und Agglomerieren von Blasen, Druck- und Temperaturstörungen, Änderungen im Strömungsmuster, dynamische Instabilitäten, metastabile Nichtgleichgewichtszustände, Flooding/Bridging, usw., die alle die thermische Leistungsfähigkeit des Bauteils beeinflussen. Die Zielfunktion der thermischen Leistungsfähigkeit ist mehrdimensional und beinhaltet komplexe Phänomene der 2-Phasen-Thermofluiddynamik. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden fünf unterschiedliche Experimente geplant, aufgebaut und getestet. Die experimentellen Aufbauten erlauben eine Visualisierung der Strömungsvorgänge (inklusive Videoaufzeichnungen und Infrarotthermographie) verbunden mit üblicher Temperaturmessung. Sechs Parameter wurden als Haupteinflussgrößen auf die Systemdynamik erkannt. Diese sind:  der Innendurchmesser der CLPHP  der volumetrische Füllgrad des Arbeitsfluids  die eingebrachte Wärmestromdichte  die Anzahl der Windungen  die Ausrichtung der CLPHP im Betrieb sowie  di [...]
doi:10.18419/opus-1637 fatcat:het4askbere2pojfcqix5rg56q