Прикладні програмні засоби моделювання процесу тепловідведення кипінням і випаровуванням в електронних пристроях

Abstract

В дисертаційній роботі розв’язано важливу наукову задачу розроблення математичного і програмного забезпечення для комп’ютерного аналізу процесів теплообміну в елементах мікроелектронних пристроїв при використанні випаровування та кипіння рідини для інтенсифікації відведення тепла за критичних умов. Для вирішення цієї задачі побудовано математичні моделі процесу теплообміну з використанням випаровування та кипіння рідини як засобу охолодження за критичних умов в електронних пристроях, розроблено методи аналізу температурного поля. Розроблено прикладні програмні засоби для автоматизації процесу розв’язання задач нестаціонарного аналізу теплових процесів в МЕП з використанням випаровування та кипіння рідини, та для представлення результатів моделювання у числовій та графічній формах. Це дало змогу дослідити та показати ефективність використання випаровування та кипіння рідини для інтенсифікації тепловідведення за критичних умов у МЕП. В диссертационной работе решена важная научная задача разработки математического и программного обеспечения для компьютерного анализа процессов теплообмена в элементах микроэлектронных устройств при использовании испарения и кипения жидкости для интенсификации отвода тепла в критических условиях. Для решения этой задачи построены математические модели процесса теплообмена с использованием испарения и кипения жидкости как средства охлаждения при критических условиях в электронных устройствах, разработаны методы анализа температурного поля. Разработаны прикладные программные средства для автоматизации решения задач нестационарного анализа тепловых процессов в МЭП с использованием испарения и кипения жидкости, и для представления результатов моделирования в числовой и графической формах. Это позволило исследовать и показать эффективность использования испарения и кипения жидкости для интенсификации теплоотвода в критических условиях в МЭП. В первом разделе рассмотрены современные подходы к обеспечению теплоотвода в МЭП, современные средства моделирования тепловых процессов в МЭП и существующие модели процесса теплообмена с использованием испарения. Обоснована необходимость создания прикладных программных средств и разработки математического обеспечения для компьютерного анализа процесса теплообмена в элементах МЭП при использовании испарения и кипения жидкости для интенсификации охлаждения в критических условиях. Во втором разделе формализованы математические модели процесса теплообмена в МЭП с использованием испарения и кипения жидкости для интенсификации теплоотвода в критических условиях, имеющие разную область применения, уровень адекватности и скорости анализа: Для каждой из построенных математических моделей разработан метод анализа температурного поля. В третьем разделе описаны разработанные прикладные программные средства моделирования процесса теплоотвода кипением и испарением в элементах МЭП: компоненты программного комплекса, информационную модель созданной программной системы, вычислительные схемы программной реализации методов анализа температурного поля для математических моделей теплообмена в МЭП с использованием испарения и кипения в критических условиях. В четвертом разделе приведен перечень исходных данных, необходимых для моделирования процесса теплообмена в МЭП с использованием испарения или кипения жидкости в критических условиях. Осуществлен сравнительный анализ результатов моделирования полученных с использованием линейной и нелинейной моделей процесса теплообмена с учетом влияния испарения. Исследовано влияние входных параметров на процесс теплоотвода с использованием испарения или кипения жидкости в критических условиях. The important scientific problem of mathematical and software support development for computer analysis of heat transfer processes into microelectronic devices (MED) elements using liquid evaporation and boiling for heat dissipation intensification under critical conditions has been solved in this dissertation. To solve this problem the mathematical models of heat transfer with cooling due to liquid evaporation and boiling under critical conditions into electronic devices have been built, the methods of thermal field analysis have been developed. The applied software for problems solving automation of heat transfer processes transient analysis into MED using liquid evaporation and boiling and for numerical and graphical representation of modeling results have been developed. It has taken opportunity to investigate and show liquid evaporation and boiling using effectiveness for heat dissipation intensification under critical conditions into MED.