Raffreddamento efficiente dei dispositivi elettronici

Una difficoltà sempre presente nei dispositivi microelettronici consiste nell’assicurarsi che essi rimangano entro i limiti operativi di sicurezza in termini di potenza. Generalmente, maggiore è la potenza coinvolta, maggiore sarà la dissipazione di potenza e quindi l’aumento della temperatura. Il calore generato deve essere dissipato per migliorare l’affidabilità e prevenire guasti prematuri.

Il progetto THERMAPOWER (“Thermal management of high power microsystems using multiphase flows”), finanziato dall’UE, sta compiendo passi importanti verso lo sviluppo di una nuova, efficiente e affidabile gestione termica, conducendo studi approfonditi sui flussi bifase e sul trasferimento di calore. I temi principali nell’ambito della ricerca: una piscina di ebollizione, evaporazione, ebollizione del flusso e condensazione.

Gli scienziati indagheranno sperimentalmente sui flussi bifase in tubi e canali con una superficie di patterning variabile. Attraverso tecniche di imaging innovative, caratterizzeranno i regimi di flusso bifase vicini alla nucleazione di ebollizione con superfici strutturate o rivestite.

Il lavoro comprende anche la quantificazione dei flussi di condensazione e del calore di evaporazione per superfici con diversi gradi umidità a microcanali con diverse sezioni trasversali. Saranno inoltre quantificate le instabilità dei flussi connessi con i flussi bifase.

Ad oggi, gli scienziati hanno prodotto nuove informazioni sulle instabilità di flusso durante l’ebollizione del flusso dei dissipatori di calore mono e multicanale. I risultati hanno dimostrato che le instabilità possono essere registrate durante la misurazione delle cadute di pressione o di temperatura attraverso i canali. Attraverso una nuova tecnica di imaging termico, gli scienziati hanno rivelato la struttura del flusso durante la sua ebollizione.

Il lavoro è stato anche orientato verso lo studio dell’evaporazione di singole gocce sessili e la crescita delle bolle. Gli scienziati hanno dimostrato l’esistenza di instabilità idrotermiche, nonché di una pellicola sottile di umidità a base di bolle in crescita durante l’evaporazione. Inoltre, hanno prodotto il primo modello in assoluto per descrivere la natura 3D del processo di cambiamento di fase durante l’evaporazione delle gocce di umidità su superfici calde.

THERMAPOWER è una collaborazione tra la Cina, l’Unione europea e gli Stati Uniti. I risultati del progetto dovrebbero avere importanti implicazioni per dispositivi diversi come i telefoni cellulari, i sistemi di refrigerazione, i cluster di supercomputer e le attrezzature spaziali.