Розмір шрифта:
ЧИСЕЛЬНИЙ АНАЛІЗ КОНВЕКТИВНОГО ОХОЛОДЖЕННЯ РЕБЕРНИХ ТЕПЛООБМІННИКІВ В СУЧАСНІЙ ЕЛЕКТРОНІЦІ
Остання редакція: 2026-06-21
Анотація
У доповіді розглянуто теорію конвективного теплообміну в системах охолодження напівпровідникових
компонентів. Описано застосування методу скінченних різниць для розрахунку температурних полів у
радіаторах із прямими прямокутними ребрами, що використовуються в інфраструктурі штучного інтелекту
(AI), дата-центрах та силовій електроніці. Проаналізовано залежність теплового опору від геометрії ребер
та швидкості потоку. Оптимізація геометрії дозволяє зменшити вагу теплообмінників на 15–20% без ризику
перегріву кристала, що є критичним для зниження вуглецевого сліду
NUMERICAL ANALYSIS OF CONVECTIVE COOLING
OF FINNED HEAT EXCHANGERS IN MODERN
ELECTRONICS
Abstract: This paper examines the theory of convective heat transfer in semiconductor component cooling systems. It
describes the application of the finite difference method to calculate temperature fields in heat sinks with straight
rectangular fins, which are used in artificial intelligence (AI) infrastructure, data centers, and power electronics. The
dependence of thermal resistance on fin geometry and flow velocity is analyzed. Optimizing the geometry allows for a
15–20% reduction in the weight of heat exchangers without the risk of chip overheating, which is critical for reducing
the carbon footprint.
компонентів. Описано застосування методу скінченних різниць для розрахунку температурних полів у
радіаторах із прямими прямокутними ребрами, що використовуються в інфраструктурі штучного інтелекту
(AI), дата-центрах та силовій електроніці. Проаналізовано залежність теплового опору від геометрії ребер
та швидкості потоку. Оптимізація геометрії дозволяє зменшити вагу теплообмінників на 15–20% без ризику
перегріву кристала, що є критичним для зниження вуглецевого сліду
NUMERICAL ANALYSIS OF CONVECTIVE COOLING
OF FINNED HEAT EXCHANGERS IN MODERN
ELECTRONICS
Abstract: This paper examines the theory of convective heat transfer in semiconductor component cooling systems. It
describes the application of the finite difference method to calculate temperature fields in heat sinks with straight
rectangular fins, which are used in artificial intelligence (AI) infrastructure, data centers, and power electronics. The
dependence of thermal resistance on fin geometry and flow velocity is analyzed. Optimizing the geometry allows for a
15–20% reduction in the weight of heat exchangers without the risk of chip overheating, which is critical for reducing
the carbon footprint.
Ключові слова
теплообмінник; конвекція; чисельний аналіз; метод скінченних різниць; температурне поле; ефективність ребра; heat exchanger; convection; numerical analysis; finite difference method; temperature field; fin efficiency;
Посилання
Bergman, T.L., Lavine, A.S., Incropera, F.P., DeWitt, D.P. Introduction to Heat Transfer, 6th ed. Wiley, 2011.
[Електронний ресурс]. — Режим доступу: https://madar-ju.com/storage/images/files/file_1738891122cRBDf.pdf.
Kraus A. D., Aziz A., Welty J. R. Extended Surface Heat Transfer. — Wiley-Interscience, 2000. [Електронний ресурс]. —
Режим доступу: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9780470172582.
Lewis, R.W., Morgan, K., Thomas, H.R., Seetharamu, K.N. The Finite Element Method in Heat Transfer Analysis. Wiley,
1996. [Електронний ресурс]. — Режим доступу:
https://books.google.com.cu/books?id=2mVqtW7BDpgC&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false.
Siegel, R., Howell, J.R., Mengüç, M.P. Thermal Radiation Heat Transfer, 6th ed. CRC Press, 2015. [Електронний ресурс].
— Режим доступу: https://www.academia.edu/77494417/Thermal_Radiation_Heat_Transfer.
Holman, J.P. Heat Transfer, 10th ed. McGraw-Hill, 2010. [Електронний ресурс]. — Режим доступу:
https://coeng.uobaghdad.edu.iq/wpcontent/uploads/sites/3/uploads/ammar%20data%202017/lectures/chemistry/clases/%D8%A7%D9%86%D8%AA%D9%8
2%D8%A7%D9%84%20%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D8%A9%20%D9%85%D8%B1%D8%AD%D9%84
%D8%A9%20%D8%AB%D8%A7%D9%84%D8%AB%D8%A9/Heat%20Transfer,%20Tenth%20Edition.pdf.
Al Kez, D., Foley, A. M., Wong, F. W. B. M. H., Dolfi, A., & Srinivasan, G. AI-driven cooling technologies for highperformance data centres: state-of-the-art review and future directions. Sustainable Energy Technologies and Assessments,
2025. [Електронний ресурс]. — Режим доступу: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221313882500342X
[Електронний ресурс]. — Режим доступу: https://madar-ju.com/storage/images/files/file_1738891122cRBDf.pdf.
Kraus A. D., Aziz A., Welty J. R. Extended Surface Heat Transfer. — Wiley-Interscience, 2000. [Електронний ресурс]. —
Режим доступу: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9780470172582.
Lewis, R.W., Morgan, K., Thomas, H.R., Seetharamu, K.N. The Finite Element Method in Heat Transfer Analysis. Wiley,
1996. [Електронний ресурс]. — Режим доступу:
https://books.google.com.cu/books?id=2mVqtW7BDpgC&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false.
Siegel, R., Howell, J.R., Mengüç, M.P. Thermal Radiation Heat Transfer, 6th ed. CRC Press, 2015. [Електронний ресурс].
— Режим доступу: https://www.academia.edu/77494417/Thermal_Radiation_Heat_Transfer.
Holman, J.P. Heat Transfer, 10th ed. McGraw-Hill, 2010. [Електронний ресурс]. — Режим доступу:
https://coeng.uobaghdad.edu.iq/wpcontent/uploads/sites/3/uploads/ammar%20data%202017/lectures/chemistry/clases/%D8%A7%D9%86%D8%AA%D9%8
2%D8%A7%D9%84%20%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D8%A9%20%D9%85%D8%B1%D8%AD%D9%84
%D8%A9%20%D8%AB%D8%A7%D9%84%D8%AB%D8%A9/Heat%20Transfer,%20Tenth%20Edition.pdf.
Al Kez, D., Foley, A. M., Wong, F. W. B. M. H., Dolfi, A., & Srinivasan, G. AI-driven cooling technologies for highperformance data centres: state-of-the-art review and future directions. Sustainable Energy Technologies and Assessments,
2025. [Електронний ресурс]. — Режим доступу: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221313882500342X
Повний текст:
PDF