Temperature profiles in a micro-processor cooled by direct refrigerant evaporation

An analytical solution to the equation for cooling of a unit, in the interior of which heat is generated, is presented. For that reason, a simplified non non-stationary model for determination of the temperature distribution within the unit, temperature of the contact between unit and a liquid layer, and the evaporating layer thickness in the function of time, is elaborated. A theoretical analysis of the external cooling of the unit, by considering the phenomenon of the liquid evaporation with the use of the Fourier and Poisson’s equations, is given. Both, stationary - and non-stationary description of the cooling are shown. The obtained results of simulation seems to be useful in designing the similar cooling systems. A calculation mode for a cooling systems equipped with the compressor heat pump, as an effective cooling method, is also performed.

W pracy przedstawiono analitycznie rozwiązanie problemu chłodzenia elementu, wewnątrz którego wydzielane jest ciepło spowodowane jego pracą. Zaproponowano uproszczony, niestacjonarny model teoretyczny, opisujący zjawisko, dzięki czemu określono rozkład temperatury wewnątrz elementu, temperaturę kontaktu między elementem a warstwą cieczy czynnika chłodniczego oraz grubość warstwy parowania w funkcji czasu. Problem chłodzenia rozwiązano teoretycznie wykorzystując równania Fouriera i Poissone’a przy spełnieniu odpowiednich warunków brzegowych. Rozwiązano dwa przypadki chłodzenia: stacjonarny i niestacjonarny. Otrzymane rozwiązania analityczne wydają się być przydatne w projektowaniu podobnych systemów chłodzenia. Wykonano również obliczenia dla układów chłodzenia wyposażonych w pompę ciepła, kompresor, jako skuteczny sposób chłodzenia.