Arquiteturas de redes de microcanais para resfriamento de chips eletrônicos

• Main Author: Souza, Alan Lugarini
• Other Authors: Franco, Admilson Teixeira
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2017
• Subjects: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA; Fractais; Eletrônica industrial; Arquitetura de rede de computador; Engenharia mecânica; Fractals; Industrial electronics; Computer network architectures; Mechanical engineering; Engenharia Mecânica
• Online Access: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2618

CAPES === Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento e análise de arquiteturas de dissipadores de calor por redes de microcanais. As configurações em forma de redes são caracterizadas geometricamente por múltiplas ramificações no escoamento e variação nas escalas de comprimento e diâmetro hidráulico através de cada nível de ramificação. O momento tecnológico atual tem permitido a fabricação e a experimentação de redes de microcanais, todavia, verificou-se que as arquiteturas investigadas experimentalmente nos últimos anos têm parâmetros geométricos constantes através de seus níveis de ramificações, o que se denomina fractal. Neste trabalho utiliza-se a teoria constructal para projetar arquiteturas de redes com geometria variável e até três níveis de ramificação. Algumas hipóteses comumente empregadas no desenvolvimento de geometrias constructais em macroescala, como por exemplo, escoamento completamente desenvolvido e resistência térmica parede- fluido desprezível, são reconsideradas por se tratar de uma aplicação de microescala. Além disso, a geração de arquitetura é feita para um microchip de tamanho e razão de aspecto definidos. Como resultado, foi verificado que as redes constructais permitem uma redução significativa na queda de pressão em relação à redes fractais com mesmos níveis de ramificação. Foi demonstrado que a rede bifurcada com razão de diâmetros segundo a lei de Hess-Murray não é apropriada para dissipação de calor em dispositivos miniaturizados. Curvas de resistência térmica versus potência de bombeamento são mostradas para evidenciar a notória superioridade das redes constructais em relação às fractais. === The present work introduces microchannel nets architectures development and analysis for heat dissipation purposes. The net configurations are geometrically characterized by multiple flow ramifications and changes in length and hydraulic diameter scales through each ramification level. The current technological state has allowed manufacturing and experimentation of microchannel nets, however, it was found that architectures investigated experimentally in the past years have constant geometric parameters through their ramification levels, which is denominated fractal. In this study constructal theory is used to design net architectures with variable geometric parameters and up to three ramification levels. Some hypothesis commonly employed in macro scale analysis, for instance, fully developed flow and negligible wall-fluid thermal resistance, are reconsidered in order to comply with micro scale applications. Moreover, the architectures design is elaborated for a chip with fixed size and shape. As a result, It was verified that constructal nets allow a significant pressure drop decrease with respect to fractal nets with same ramification levels. It was demonstrated that the bifurcated net with diameter ratio according to Hess-Murray law is not appropriated for heat dissipation in miniaturized devices. Thermal resistance versus pumping power curves are shown in order to evidence the notorious superiority of constructal nets compared to fractal.