Разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей
Разработка математической модели термоэлектрической системы, реализующей плавный прогрев и охлаждение процессора в режиме включения и выключения компьютера. Разработка новых конструктивных вариантов термоэлектрических преобразователей для охлаждения.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.06.2018 |
| Размер файла | 112,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
На правах рукописи
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей
05.04.03 - Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения
Нежведилов Тимур Декартович
Махачкала 2006
Работа выполнена в Дагестанском государственном техническом университете
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор Исмаилов Т.А.
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Адамов А.П.
кандидат технических наук, профессор Клещунов Е.И.
Ведущая организация - ОАО НИИ «Сапфир», Махачкала
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета по адресу: г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат технических наук, доцент Евдулов О.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Функционирование современных высокоэффективных электронных компонентов, составляющих основу компьютера, сопровождается значительным тепловыделением. Эффективная работа таких компонентов требует адекватных средств охлаждения, обеспечивающих необходимые температурные режимы их работы. В первую очередь это относится к процессору, поскольку тепловыделения процессора настолько высоки, что могут негативно сказаться на его работоспособности.
Существующие в настоящее время устройства для отвода теплоты и термостатирования компьютерного процессора не всегда отвечают указанному требованию.
Актуальность рассматриваемой в работе проблемы связана с необходимостью разработки и всестороннего исследования новых систем для охлаждения и термостатирования процессора и термостабилизации блока компьютера, в том числе с использованием полупроводниковых термоэлектрических преобразователей (ТЭП), позволяющих увеличить эффективность обеспечения теплового режима процессора с учётом его высоких тепловых нагрузок.
В последние годы для охлаждения и термостатирования высокопроизводительных процессоров все более широкое практическое использование находят полупроводниковые кулеры, основанные на применении термоэлектрических модулей (ТЭМ). Постоянно растущие потребности в практическом применении ТЭМ обусловлены рядом их достинств, к числу которых относятся: возможность получения искусственного холода на основе эффекта Пельтье при отсутствии движущихся частей холодильного агента, универсальность, т.е. возможность перевода из режима охлаждения в режим нагревания путём реверса постоянного тока; возможность работы при любой ориентации в пространстве и при отсутствии гравитационных полей; простота устройства, компактность и взаимозаменяемость, возможность применения практически в любой компоновочной схеме; высокая надёжность; практически неограниченный срок службы; простота и широкий диапазон регулирования холодо- и теплопроизводительности.
За последние пять десятилетий проведён большой объём теоретических и экспериментальных исследований полупроводниковых ТЭП и охлаждающих устройств на их основе. Накопленный опыт по эксплуатации, надёжности, работоспособности в специфических условиях и другим технико-экономическим показателям подтверждает возможность широкого применения термоэлектрических устройств (ТЭУ) для различных объектов.
Несмотря на большие достижения в области термоэлектрической техники, на сегодняшний день остаётся открытым вопрос о создании систем термоэлектрического охлаждения, позволяющих с максимальной эффективностью организовать отвод тепла от процессора и термостабилизацию системного блока компьютера.
Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение надёжности компьютерного процессора путём обеспечения необходимого температурного режима его работы за счёт использования новых систем охлаждения, основанных на применении полупроводниковых ТЭП.
Для достижения данной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:
создание новых схем обеспечения необходимого температурного режима компьютерного процессора, реализующих плавный прогрев и охлаждение процессора в режиме включения и выключения компьютера и предусматривающих использование плавящегося рабочего вещества для термостатирования процессора в установившемся режиме работы;
разработка математической модели термоэлектрической системы, реализующей плавный прогрев и охлаждение процессора в режиме включения и выключения компьютера и математической модели системы, основанной на использовании плавящегося рабочего вещества для термостатирования процессора в установившемся режиме работы;
на основе проведенных исследований разработка новых конструктивных вариантов ТЭУ для охлаждения и термостабилизации процессора;
проведение комплекса экспериментальных исследований с целью подтверждения теоретических данных;
внедрение результатов исследований и разработок на предприятиях электронной промышленности, в учебные процессы кафедр, в научно-исследовательскую деятельность лабораторий вузов Республики Дагестан и Российской Федерации.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы принципы системного подхода, теория теплопроводности твердых тел, теория фазового перехода веществ, математическая статистика, принципы структурного программирования, теория оптимизации, численные методы решения дифференциальных уравнений и систем дифференциальных уравнений, экспериментальные методы исследования.
Новые научные результаты. При решении задач, поставленных в диссер-тационной работе, получены следующие новые научные результаты:
Разработана система теплоотвода и термостабилизации процессора, основанная на использовании полупроводникового ТЭП, отличающаяся от аналогов возможностью постепенного прогрева и охлаждения процесссора в режиме включения и выключения компьютера для устранения тепловых ударов.
Разработана система теплоотвода и термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества, отличающаяся тем, что для повышения точности термостатирования между процессором и ТЭМ в ней установлен контейнер с плавящимся веществом.
Математические модели систем термостабилизации процессора в режиме включения и выключения компьютера и с применением плавящегося вещества.
Практическая полезность работы состоит в том, что разработанные системы теплоотвода и термостатирования компьютерного процессора позволяют повысить надёжность и эффективность работы аппаратуры за счет организации наиболее оптимального температурного режима ее работы.
Реализация и внедрение результатов работы. Полученные результаты исследований нашли практическое применение при выполнении работ по теме «Исследование электрои теплофизических процессов в полупроводниковых термоэлектрических системах теплоотвода и создание математических моделей и устройств на их основе» на кафедре «Теоретической и общей электротехники» Дагестанского государственного технического университета (ДГТУ).
Основные результаты диссертационной работы внедрены в практику проектирования и производства ОАО «Эльдаг», а также в учебный процесс Дагестанского государственного технического университета.
Апробация результатов работы. Результаты, полученные в ходе работы по диссертации, докладывались и обсуждались на VIII международной конференции «Термоэлектрики и их применения» (Санкт-Петербург, ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН. 2002 г.), на научных сессиях Международной академии информатизации (2002 - 2005 гг.), на II Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития термоэлектрического приборостроения» (г. Махачкала, ДГТУ, 2003 г.), на научно-технических семинарах кафедры «Теоретической и общей электротехники» ДГТУ с 2000 по 2006г. термоэлектрический прогрев охлаждение преобразователь
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 8 статей, получено 2 патента Российской Федерации на изобретения.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, включающего 155 наименований, и приложения, содержащего акты внедрения. Основная часть работы изложена на 95 страницах машинописного текста. Работа содержит 50 рисунков и 3 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дано обоснование актуальности темы диссертационной работы, определены цель и основные задачи исследования.
В первой главе проведён обзор развития термоэлектрической техники и полупроводниковых ТЭУ, который показал, что на сегодняшний день в этой области накоплен большой теоретический и экспериментальный материал, разработано и внедрено большое количество разнообразных аппаратов, устройств и приборов. Достаточно полно разработаны методики расчета охлаждающих ТЭУ, предложены аналитические, графические и графоаналитические способы расчета, а также численные методы с применением ЭВМ. Проведён анализ режимов работы ТЭУ минимальной температуры холодных спаев, максимальной холодопроизводительности, максимальной энергетической эффективности, и другие. Исследованы вопросы влияния на работу охлаждающих ТЭУ пульсаций тока, контактных электрических и тепловых сопротивлений, изоляционных прослоек и других факторов. Проведены исследования в области влияния теплообмена на энергетические и другие показатели термоэлектрических охладителей.
В настоящее время одной из областей применения эффективных средств охлаждения и термостабилизации является использование их для термостабилизации процессоров вычислительной техники. Анализ известных способов охлаждения показал, что применение систем обеспечения тепловых режимов процессоров на основе воздушного, водяного и криогенного охлаждения часто является недостаточно эффективным или неприемлемым из-за эксплуатациионных и массогабаритных ограничений, а также из-за конструктивной сложности таких систем. Наиболее приемлемым решением задачи температурной стабилизации процессора является использование системы охлаждения процессора на основе ТЭМ. В последние годы для охлаждения современных мощных процессоров стали использовать такие средства, как полупроводниковые кулеры Пельтье. Кулер Пельтье - это система охлаждения, в состав которой входят ТЭМ, радиатор и установленный на нём вентилятор. Основание радиатора находится в кондуктивном тепловом контакте с горячими спаями ТЭМ, а вентилятор служит для создания принудительного воздушного потока, направленного на пластины радиатора с целью повышения коэффициента теплоотдачи радиатор-среда. Благодаря своим уникальным тепловым и эксплуатационным свойствам кулеры Пельтье, созданные на основе ТЭМ, позволяют достичь необходимого уровня охлаждения процессора без особых технических трудностей и финансовых затрат. Как кулеры электронных компонентов, данные средства поддержки необходимых температурных режимов их эксплуатации являются чрезвычайно перспективными. Они компактны, удобны, надежны и обладают очень высокой эффективностью работы.
Проведённые автором статистические исследования показали, что проблема обеспечения эффективного отвода тепла от процессора достаточно актуальна. Одна из составляющих этой проблемы - обеспечение необходимого теплового режима процессора в момент включения и выключения компьютера, когда процессор испытывает сильнейшие тепловые перегрузки. Другая составляющая этой проблемы - это обеспечение теплового режима процессора во время работы компьютера. Проведённые в дальнейшем испытания показали, что плавный нагрев и охлаждение процессора однозначно устраняют тепловой удар, а термостатирование снижает температуру процессора при работе компьютера со сложными программами, когда резко повышается загруженность процессора.
С учетом проведенных исследований, сформулирована цель диссертационной работы, которая заключается в повышении надежности процессоров вычислительной техники путем обеспечения необходимого температурного режима их функционирования за счет применения новых систем охлаждения, основанных на использовании ТЭМ в составе систем для охлаждения и термостатирования процессора, определены задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели.
Во второй главе рассмотрены математические модели системы термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера и системы охлаждения системного блока компьютера и термостатирования процессора при совместном использовании кулера Пельтье и контейнера с плавящимся веществом.
Рассматриваемое устройство представляет собой устройство для постепенного прогрева процессора в режиме включения компьютера и постепенного охлаждения процессора в режиме выключения компьютера. Устройство содержит таймер, включающий систему за определенное время до включения компьютера, устройство управления, времязадающую RC-цепь, ТЭМ, установленный на процессоре, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), транзистор, термореле. Постепенный прогрев и охлаждение процессора в режиме включения и выключения компьютера происходит посредством RC-цепи. Во время работы компьютера температурный режим в процессоре регулируется через ЦАП. Отвод тепла от процессора осуществляется посредством ТЭМ.
Таким образом, условия эксплуатации ТЭМ требуют знания времени выхода на стационарный режим или когда требуемую температуру охлаждамого (нагреваемого) процессора необходимо осуществить в заданный промежуток времени.
Математическая постановка задачи определения температуры в зоне контакта ТЭМ и процессора сводится к задаче определения температуры в зоне контакта термоэлемента, сопряжённого с источником постоянного тепловыделения щ. Для случая, когда с источником тепловыделения сопряжён холодный спай, уравнение теплового баланса примет вид:
, (1)
где Q0 - холодопроизводительность одного термоэлемента, вт;
ф - время, час;
СП - теплоёмкость полупроводникового вещества, втМчас./ кгМ°С;
g - вес полупроводникового вещества одного термоэлемента, кг;
бТ - коэффициент теплоотдачи, вт / м2М°С;
f - поверхность теплообмена, приходящаяся на один термоэлемент, м2;
- коэффициент, учитывающий «эффективную» массу полупроводникового вещества термоэлемента, участвующую в охлаждении.
- сумма произведений теплоёмкости на вес охлаждаемого, тела, приходящихся на один термоэлемент;
r - полное электрическое сопротивление холодного спая.
Интегрируя выражение (1), получим выражение для понижения температуры холодного спая в зависимости от времени ф:
, (2)
где ДТст разность температур на спаях термоэлемента в стационарном состоянии.
Для определения времени, в течение которого разность температур на спаях термоэлемента достигнет заданного значения ДТ, из (2) нетрудно получить следующее уравнение:
, (3)
где
. (4)
Для случая эксплуатации термоэлемента в режиме нагрева (Тх= const) уравнение теплового баланса следующее:
(5)
Здесь теплопроизводительность одного термоэлемента;
сумма произведений теплоёмкости на вес охлаждаемого тела, приходящихся на один термоэлемент;
r? - полное электрическое сопротивление горячего спая.
Решение уравнений (5) приводит к виду выражений (2) и (3).
С учётом замедления, вносимого наличием RC-цепи в составе системы термостатирования процессора, выражение (3) примет вид:
. (6)
Таким образом, выражение для температуры горячего спая ТЭМ, прогревающего процессор примет вид:
, (7)
В режиме выключении компьютера направление теплового потока изменяется. В этом случае:
. (8)
Также были проведены исследования каскадных ТЭП для указанных целей. Применение ТЭП подобного типа требуется для достижения более глубокого уровня охлаждения.
На рис.1 и 2 приведены графики зависимости температуры процессора от времени в режиме включения и выключения компьютера. без применения рассматриваемого устройства и с применением устройства, полученные в результате расчётов в пакете прикладных программ Mathcad. Из полученных графиков видно, что применение устройства для термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера позволяет замедлить в 3-4 раза увеличение температуры процессора при включении компьютера и снижение температуры процессора при выключении компьютера. Указанное обстоятельство является фактором, обеспечивающим применение рассматриваемого устройства в качестве средства для постепенного прогрева процессора в режиме включения компьютера и постепенного охлаждения процессора в режиме выключения компьютера.
Размещено на http://www.allbest.ru
Математическая модель системы термостатирования процессора с применением плавящегося вещества построена на основе решения задачи Стефана, которая формулируется как задача о сопряжении температурных полей в соприкасающихся фазах при наличии особого граничного условия на движущейся поверхности раздела. Это условие характеризуется равенством температур в соприкасающихся фазах и неравенством тепловых потоков слева и справа от границы раздела, связанных с тепловым эффектом фазового превращения.
Размещено на http://www.allbest.ru
Для изучения процессов теплообмена при фазовых переходах, происходящих в рабочем веществе, используется приближенный интегральный метод, основанный на замене истинных температурных кривых их приближенными аналогами. Расчетная схема процесса теплообмена при плавлении и затвердевании рабочего вещества, соответствующая работе процессора и ТЭМ, приведена на рис.3.
Уравнения теплового баланса при плавлении для оболочки 1 и затвердевании для оболочки 2 имеют вид:
(9)
(10)
(11)
где соответственно теплоемкость, плотность и толщина метали ческой оболочки 1 устройства; коэффициенты теплоотдачи соответственно от оболочки к жидкости и от поверхности раздела фаз к жидкости; время; kкоэффициент теплоотдачи в окружающую среду, T,Tсреднемассовые температуры металлической оболочки 1 и оболочки 2 устройства; средняя температура жидкой фазы; температура окружающей среды; qколичество тепла, рассеиваемого процессором; qколичество теплоты, переданного рабочему веществу, q количество теплоты, отданного рабочим веществом.
Для жидкой (1) и твердой (2) фаз рабочего вещества:
; (12)
, (13)
где теплоемкость, плотность и теплопроводность жидкой и твердой фазы рабочего вещества;
при ; (14)
, (15)
(16)
(17)
При решении указанной системы уравнений был использован приближенный интегральный метод, с помощью которого система уравнений в частных производных была приведена к системе обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка:
(18)
(19)
(20)
(21)
Решение системы уравнений (18), (19), (20), (21) было осуществлено численным методом Рунге-Кутта 4-го порядка в среде MATHCAD 8.0 (профессиональная версия).
На рис.4 представлена полученная зависимость температуры процессора, одновременно являющаяся и температурой нагреваемой им поверхности Тоб1 контейнера с плавящимся веществом, от времени после включения исследуемого устройства. Согласно графику, сразу после включения компьютера температура процессора увеличивается. Далее она плавно стабилизируется.
Размещено на http://www.allbest.ru
На рис.5 представлена зависимость температуры поверхности Тоб2 контейнера с плавящимся веществом, находящегося в тепловом контакте с охлаждающим эту поверхность ТЭМ от времени после включения устройства. Наблюдая за ходом изменения графика, видим, что на начальном этапе температура оболочки, находящейся в тепловом контакте с ТЭМ, падает. Далее Тоб2 постепенно стабилизируется.
Модель ТЭУ термостабилизации системного блока компьютера заключается в расчете условий теплообмена и расчете электрофизических параметров ТЭМ. Здесь имеет место непосредственный тепловой контакт спаев ТЭМ с объемом статирования.
В третьей главе описаны результаты экспериментальных исследований, проведённых с целью подтверждения адекватности математических моделей реальным процессам, протекающим в ТЭУ и проверки правильности сделанных на их основе выводов.
Основными задачами экспериментальных исследований являлись:
- оценка точности принятых математических моделей ТЭУ и сравнение основных выходных характеристик исследуемых изделий с теоретическими;
экспериментальная проверка влияния конструктивных, теплофизических и режимных факторов на характеристики полупроводниковых ТЭУ.
Поставленные задачи решались путём исследования опытных конструкций на специально разработанных для этой цели стендах.
Экспериментальные исследования проводились в нормальных лабораторных условиях при температуре 20єС. Для проведения экспериментальных исследований ТЭУ для термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера нами был собран стенд, на котором исследовался разработанный и изготовленный в лаборатории опытный образец, представляющий собой систему термостабилизации процессора, установленную в блоке компьютера, которая включает в себя кулер Пельтье (состоящий из ТЭМ (ICE-71), радиатора и вентилятора), выключатель, триггер, RC-цепь, транзистор, термореле.
Для определения основных параметров исследуемого устройства при испытаниях нами замерялись следующие величины: напряжение и ток на ТЭМ; температуры на его спаях, температура процессора, температура радиатора, температура в системном блоке компьютера, время прогрева процессора до рабочей температуры в режиме включения компьютера, время охлаждения процессора до температуры окружающей среды в режиме выключения компьютера.
Температуры на горячей и холодной сторонах ТЭМ, температуры процессора и радиатора измерялись медь-константановыми термопарами, опорные спаи которых находились в сосуде Дьюара с тающим льдом. Выходные сигналы с термопар через многоканальный переключатель поступали в измерительный комплекс. Питание системы термостатирования процессора осуществлялось от регулируемого источника постоянного тока. Ток, проходящий через ТЭМ и напряжение питания на нём контролировались встроенными в блок питания приборами.
На основе полученных данных были построены зависимости температуры процессора от времени в режиме включения и выключения компьютера, а также зависимость перепада температур на сторонах процессора от времени с момента включения и с момента выключения компьютера. Для сравнения данные зависимости были получены при использовании разработанного ТЭУ и при использовании обычного кулера Пельтье. Сравнение расчетных и экспериментальных данных показало их хорошую сходимость. Максимальная погрешность составила не более 12% на всем диапазоне измерений. Экспериментальные исследования подтвердили правильность выводов о преимуществе системы термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера над системой охлаждения процессора на основе кулера Пельтье. Применение разработанного устройства позволяет значительно увеличить (в 4 раза) время прогрева процессора в режиме включения компьютера и обеспечивает плавное увеличение температуры процессора, а также увеличить (в 3,2 раз) время остывания процессора в режиме выключения компьютера, тем самым обеспечивая плавное снижение температуры процессора. При этом перепад температур на сторонах процессора (сторона корпуса процессора, находящаяся в тепловом контакте с ТЭМ и противоположная сторона) не превышает 2єС, что означает отсутствие возможности термических ударов.
Были проведены экспериментальные исследования системы термостатирования процессора с применением плавящихся веществ. Исследования осуществлялись на экспериментальной модели устройства, представляющего собой систему термостабилизации процессора, которая включает в себя ТЭМ (ICE-71), радиатор, вентилятор и контейнер с плавящимся веществом, установленный между ТЭМ и процессором. На корпусе компьютера установлен термоохладитель, в состав которого входят термобатарея (ТЭБ), радиаторы с установленными на них вентиляторами с внутренней и внешней стороны корпуса системного блока. Для исследований был выбран корпус системного блока герметичного типа.
На основе экспериментальных данных построены зависимости температуры процессора от времени при плавлении и затвердевании рабочего вещества, зависимость координаты границы раздела фаз от времени, зависимости температуры в системном блоке компьютера от тока питания охладителя.
По результатам проведённых экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы: разработанное устройство позволяет получить необходимый температурный режим в системном блоке компьютера за небольшой промежуток времени. При использовании ТЭБ, состоящей из двух стандартных модулей типа ICE-71, при токе питания 5А время выхода на рабочий режим составит не более 11 минут; экспериментальные данные подтверждают правомочность выбранной математической модели. Отличия расчётных данных от экспериментальных не превышают 12% на всём диапазоне измерений.
В четвёртой главе описаны конструкции устройств для термостабилизации процессора, построенные на основе разработанных систем охлаждения и термостатирования.
На рис. 6 схематически показано устройство для термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера. Данное устройство содержит таймер 1, устройство управления 2, времязадающую RC-цепь 3, ТЭМ 4, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5, процессор 6, транзистор 7, термореле 8.
При включении компьютера таймер 1, передаёт сигнал на устройство управления 2, в качестве которого используется триггер. Триггер передает сигнал "1" на времязадающую RC-цепь 3. Происходит накопление заряда на конденсаторе С. При этом постепенно увеличивается ток через транзистор 7. Соответственно, ТЭМ 4 постепенно прогревает до рабочей температуры процессор 6. Через 1-2 мин. после включения таймера (время, достаточное для установления рабочего температурного режима процессора) включается компьютер, при этом термореле 8 переключает ТЭМ на ЦАП 5, а транзистор 7 закрывается. ТЭМ включается на охлаждение процессора. Во время работы компьютера температурный режим процессора регулируется через ЦАП 5. При выключении компьютера ЦАП 5 передает сигнал на устройство управления 2. Начинается обратный процесс. Триггер передает сигнал "0" на RC-цепочку. Конденсатор С разряжается. Транзистор вновь открывается. При этом ТЭМ 4 постепенно охлаждает процессор 6 до комнатной температуры.
На рис.7 схематически показано устройство для термостатирования процессора с применением плавящегося вещества. Устройство установлено в корпусе компьютера 1 герметичного типа. ТЭБ 4 установлена на корпусе компьютера 1. На этой ТЭБ с обеих сторон установлены радиаторы. Радиатор 3, установленный на холодных спаях ТЭБ, расположен внутри корпуса компьютера, а радиатор 5, установленный на горячих спаях - снаружи. На радиаторе 3 установлен вентилятор 2 для увеличения коэффициента теплопередачи радиатор-среда.
Термостатирование процессора 7 обеспечивает система, в состав которой входят контейнер с плавящимся веществом 8, ТЭМ 9, радиатор 10, вентилятор 11. Источник питания 7 обеспечивает работу системы охлаждения системного блока и термостатирования процессора. Контейнер с плавящимся веществом представляет собой тонкостенную ёмкость, изготовленную из меди в виде параллелепипеда с гладкой поверхностью, герметичный объём которой заполнен рабочим веществом. В качестве рабочего вещества использовался парафин.
Устройство позволяет поддерживать допустимый предел рабочих температур процессора а также обеспечить необходимый температурный режим внутри корпуса компьютера.
В заключении сформулированы основные выводы по диссертационной работе в целом.
В приложении к диссертации приведены акты внедрения результатов работы.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
В процессе решения задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие основные результаты:
На основе проведенного обзора способов охлаждения процессора показано, что для отвода тепла и термостабилизации процессора наиболее приемлемым является термоэлектрический метод охлаждения.
Разработана система охлаждения и термостатирования процессора, основанная на использовании ТЭМ для плавного прогрева процессора в режиме включения и плавного охлаждения - в режиме выключения компьютера.
Разработана система термостатирования процессора с применением плавящегося рабочего вещества, в которой для эффективного отвода тепла от процессора контейнер с плавящимся веществом установлен между процессором и ТЭМ, а для охлаждения системного блока компьютера использован охладитель на основе ТЭМ.
Разработаны математические модели системы термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера и системы термостатирования процессора с применением плавящегося рабочего вещества и ТЭМ.
Выполнены исследования по экспериментальной проверке разработанных математических моделей, установлена хорошая сходимость расчетных и экспериментальных данных.
Спроектированы новые конструктивные варианты устройств для теплоотвода и термостабилизации процессора.
Результаты диссертационной работы внедрены в производство на предприятии электронной промышленности и в учебный процесс вуза.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Патент РФ №2208830 7 G 05 D 23/22 Терморегулирующее устройство для обеспечения минимальных тепловых напряжений в режимах включения и выключения ЭВМ/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. (РФ) №2000123386; Заявл. 07.09.2000; Опубл. 20.07.2003, Бюл. №20.
Патент РФ №2256946 7 G 05 D 23/22 Термоэлектрическое устройство терморегулирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Гафуров К.А. (РФ) №2003124399; Заявл. 04.08.2003; Опубл. 20.07.2005, Бюл. №20.
Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Устройство температурной стабилизации при включении и выключении ЭВМ // Материалы VIII Межгосударственного семинара. Термоэлектрики и их применение, СПб.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. 2002г. С. 379-381
Исмаилов Т.А. Устройство терморегулирования для микропроцессорной техники (статья)/ Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д.// «Вестник ДГТУ. Тех. науки», Махачкала, 2002, №5 С. 36-38
Исмаилов Т.А. Устройство температурной стабилизации для микропроцессорной техники (статья)/ Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д.// «Вестник ДГТУ. Тех. науки», Махачкала, 2002, №5 С. 38-39
Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Расчет параметров термоэлектрического устройства для охлаждения компьютерного процессора // Материалы II Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития термоэлектрического приборостроения», Махачкала, 2003.-С.83-84
Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Термоэлектрическое устройство для охлаждения системного блока компьютера // Материалы II Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития термоэлектрического приборостроения», Махачкала, 2003.-С.85-86
Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Термоэлектрический теплоотвод // Материалы II Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития термоэлектрического приборостроения», Махачкала, 2003.-С.108-109
Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Применение многокаскадных термоэлектрических модулей для охлаждения процессора компьютера // Изв. Вузов. Приборостроение, СПб.: Изв вузов. 2004. Т.47, №7.С.25-29
10. Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. К вопросу обеспечения температурных режимов БИС, используемых в ЭВМ, с использованием плавящегося вещес-
тва//Материалы восьмой научной сессии Международной академии информатизации (Сборник трудов). Махачкала, 2002. С.39-41
11. Нежведилов Т.Д. Математическая модель системы термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества // Материалы десятой научной сессии Международной академии информатизации (Сборник трудов). Махачкала, 2005. С.80-85
12. Нежведилов Т.Д. Термостабилизация компьютера с применением полупроводниковых термоэлектрических преобразователей // «Полупроводниниковые термоэлектрические приборы и преобразователи» (Сборник научных трудов). Махачкала, 2005. С.58-64.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Сущность понятий термопара и терморезистор. Основные виды тепловых преобразователей. Применение термоэлектрических преобразователей в устройствах для измерения температуры. Характерные свойства металлов, применяемых для изготовления терморезисторов.
контрольная работа [34,5 K], добавлен 18.11.2010Системы воздушного, каскадного и жидкостного охлаждения. Ватерчиллеры и фреоновые установки. Тестирование температуры графического процессора. Установка процессорных кулеров на видеокарты. Использование систем открытого испарения и с элементами пельтье.
курсовая работа [5,4 M], добавлен 11.04.2015Основные этапы интеграции отдельных физико-конструктивных элементов преобразователей. Интегральные тензопреобразователи на основе гетероэпитаксиальных структур "кремний на сапфире". Параметры мостовых тензорезисторных преобразователей давления.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 29.04.2015Разработка структурной и принципиальной схемы микропроцессора. Подключение шины адреса, данных и управления к соответствующим блокам на схеме. Формирование блока устройства памяти (ОЗУ и ПЗУ) и подключение его к шинам блока центрального процессора.
контрольная работа [220,5 K], добавлен 08.07.2012Структурные схемы и принцип работы преобразователей постоянного напряжения. Расчет выпрямителей. Анализ включения транзисторов в преобразователях напряжения. Определение объема катушки, толщину изоляции тороидального трансформатора, его тепловой расчет.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 28.01.2015Разработка структурной схемы электронного устройства. Синтез и расчет транзисторного усилителя. Синтез преобразователей уровня, схемы арифметических преобразователей. Схема компаратора, разработка цифровой схемы. Расчет тока нагрузки блока питания.
реферат [1,4 M], добавлен 06.11.2013Устройство, принцип действия, описание измерительных преобразователей механического сигнала в виде упругой балки, пьезоэлектрического, емкостного, фотоэлектрического и электромагнитного преобразователей. Оценка их числовых значений с помощью расчетов.
курсовая работа [843,2 K], добавлен 11.11.2013Расчет переходного процесса на основе численных методов решения дифференциальных уравнений. Разработка математической модели и решение с использованием метода пространства состояний. Составление математической модели с помощью матрично-векторного метода.
курсовая работа [161,1 K], добавлен 14.06.2010Структура и параметры преобразователей, использующихся в бытовой радиоэлектроаппаратуры. Типы преобразователей частоты. Использование электронно-оптических преобразователей. Выбор промежуточной частоты, настройка и регулировка преобразователей частоты.
реферат [239,8 K], добавлен 27.11.2012Суммарное сопротивление линии связи и внутреннее сопротивление преобразователей термоэлектрических. Значение информативного параметра выходного сигнала. Электрическое сопротивление изоляции цепей приборов. Принцип работы приборов ГСП ДИСК-250 и ДИСК-250И.
контрольная работа [28,8 K], добавлен 10.06.2011
