Двухфазное струйное охлаждение многокристальных корпусов прямым ударным воздействием струй на кристаллы: распределённые входные и выходные сопла

В работе представлена двухфазная система струйного охлаждения на уровне корпуса с прямым воздействием струй на кристаллы, использующая хладагент R1233zd(E) для многокристального сервера. Экспериментальная установка включает нагревательный блок, имитирующий кристалл NVIDIA P100. В коллекторе размещены распределённые массивы входных и выходных сопел, которые последовательно охлаждают четыре маломощных модуля памяти с высокой пропускной способностью (HBM), а затем мощный логический кристалл. Систематически исследованы характеристики теплообмена и гидравлического давления как логического кристалла, так и HBM. (1) В случае охлаждения только логического кристалла кривые кипения при различных расходах сходятся в одну кривую в двухфазной области. Критический тепловой поток (CHF) достигает максимального значения 66,4 Вт/см² при расходе 2,5 л/мин. (2) В случае охлаждения только HBM кривые кипения для отдельных модулей HBM также формируют одну выраженную кривую в двухфазной области. CHF в HBM наблюдался только при минимальном расходе; максимальный отводимый тепловой поток составил 45 Вт/см². (3) При одновременном рассеянии мощности во всех кристаллах мощность HBM не оказывала заметного влияния на CHF логического кристалла. При максимальном рассеянии мощности HBM CHF логического кристалла оставался практически постоянным и составлял 66,4 Вт/см². Суммарно система рассеивала 612,8 Вт (452,8 Вт в логическом кристалле и по 40 Вт в каждом HBM). Тепловой поток не оказывал заметного влияния на перепад давления в охладителе, максимальное значение которого составило 29,1 кПа при расходе 2,5 л/мин. Полученные результаты дают фундаментальное представление о процессах теплообмена и динамике давления в многокристальных модулях, размещённых в ограниченном корпусном пространстве. Они также обеспечивают ценное руководство по реализации эффективного двухфазного струйного охлаждения в многокристальных системах.