Extremely high heat flux dissipation and hotspots removal with nature-inspired single-phase microchannel heat sink designs

材料科学 散热片 热导率 消散 热流密度 热传导 冷却液 微通道 热阻 传热 机械 核工程 热力学 复合材料 工程类 物理 纳米技术
作者
Yuting Li,Shanshan Zhao,Kai Zhang,Gui Lu,Yuanyuan Li
出处
期刊:Applied Thermal Engineering [Elsevier BV]
卷期号:234: 121282-121282 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.applthermaleng.2023.121282
摘要

A novel pyramid thermal dissipation unity with conduction–convection coupling thermal dissipation and nature-inspired hotspot removal channel heat sinks is proposed to degrade and dissipate ultra-high heat flux with the order of 103 W cm−2 by using single-phase coolant. A 3D conjugate thermal and flow numerical model is used to validate the feasibility of the proposed ultra-high heat flux dissipation method. The pyramid thermal dissipation unit consists of a spiral tube embedded with etched lotus leaf vein or snowflake-shaped channels. This configuration enables the dissipation of heat fluxes ranging from 1000 to 1500 W cm−2 while maintaining safe operating temperatures for the chip using a single-phase coolant. By utilizing high thermal conductivity materials, the proposed dissipation unit achieves chip working temperatures of 89.89 °C for 1500 W cm−2 and 66.58 °C for 1000 W cm−2. Furthermore, the new design allows for a reduction in the minimum required thermal conductivity for materials to 700 W m−1 K−1 at a pump power of 7.05 W, while still operating within the chip's safe temperature limit of ≤ 120 °C. This expanded range of thermal conductivity values provides more options for selecting suitable materials to fabricate the dissipation unit.
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