一种基于歧管微通道散热的阵列金属回射器热管理方法与流程

本发明属于电子设备热管理，具体的说是一种基于歧管微通道散热的阵列金属回射器热管理方法。

背景技术：

1、歧管微通道散热技术通过歧管结构引入射流效应并缩短散热通道长度，在保证高效散热的同时降低流动阻力。拓扑优化流道结构具有分叉和汇流的结构特征，能够直接将冷却工质沿不同流道路径输送到相应的热源处，具有温度均匀性好、压降小等优点。研究表明，在流量为1.27l/min条件下，歧管-射流-微通道复合液冷散热结构可实现热流密度1221.6w/cm²的散热能力。

2、现有歧管微通道散热技术仍存在以下不足：

3、阵列金属回射器在工作时，其不同区域的发热功率和热流密度存在显著差异——中心区域通常承受最高的热流密度，边缘区域次之，而现有歧管微通道散热器的流道结构多为固定设计，无法根据回射器阵列中各单元的实际发热状态进行自适应调节，导致温度分布不均，局部热点温度过高。

4、现有散热系统的冷却工质流量、温度和压力等参数通常采用恒定工况运行，缺乏对回射器阵列动态热负荷的实时响应能力。当回射器工作模式切换或环境条件变化时，散热系统无法及时调整运行参数，造成散热能力过剩能耗浪费或散热能力不足的问题。

5、阵列金属回射器在长期运行过程中，微通道内可能产生气泡、颗粒沉积或局部堵塞，导致流道阻力增加、散热性能衰减，而现有系统缺乏对微通道健康状态的在线监测与预警能力。

6、为此，本发明提供一种基于歧管微通道散热的阵列金属回射器热管理方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于歧管微通道散热的阵列金属回射器热管理方法，为解决上述现有技术问题，本发明通过以下技术方案实现：。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种基于歧管微通道散热的阵列金属回射器热管理方法，包括以下步骤：

3、步骤一：将阵列金属回射器与歧管微通道散热器通过扩散键合或钎焊工艺一体成型，消除界面热阻；所述歧管微通道散热器包括依次设置的冷却工质进口、进液分配歧管层、微通道阵列层、出液汇集歧管层和冷却工质出口；所述微通道阵列层内设置有多个呈阵列排布的微通道单元，每一微通道单元与阵列金属回射器的至少一个回射单元在空间位置上相对应；所述进液分配歧管层内设置有分级树状歧管流道，将冷却工质从进口均匀分配至各微通道单元。

4、步骤二：在阵列金属回射器的各回射单元背面或相邻位置嵌入分布式温度传感器，实时采集各回射单元的温度数据tij（i=1,2,…,m；j=1,2,…,n，其中m、n分别为阵列的行数和列数）；在进液分配歧管层的各分支流道和出液汇集歧管层的各分支流道内分别设置微型流量传感器和压力传感器，实时采集各微通道单元的入口流量qin_ij、出口流量qout_ij、入口压力pin_ij和出口压力pout_ij。

5、步骤三：基于步骤二获取的实时传感数据，结合阵列金属回射器的材料热物性参数、微通道几何参数和冷却工质物性参数，建立阵列金属回射器-歧管微通道散热系统的数字孪生模型；所述数字孪生模型通过求解三维共轭传热控制方程，实时计算各回射单元的温度场分布t(x,y,z,t)、各微通道单元内的流场分布v(x,y,z,t)和压力场分布p(x,y,z,t)；所述数字孪生模型采用降阶建模技术，将全阶模型的求解速度提升至毫秒级，满足实时计算需求。

6、步骤四：基于步骤三数字孪生模型的计算结果，识别阵列金属回射器中的热点区域——将温度超过预设阈值t_threshold的回射单元定义为热点单元，将热点单元在阵列中的空间分布定义为热点分布图；根据热点分布图，通过以下方式实施自适应流道重构控制：

7、（4a）当热点单元呈集中式分布时（热点单元聚集在阵列的某一连续区域内），控制进液分配歧管层内对应热点区域的分级树状歧管流道中的可调式节流阀增大开度，增加热点区域的冷却工质分配比例，同时控制非热点区域的节流阀减小开度，减少冷却工质分配比例；

8、（4b）当热点单元呈离散式分布时（热点单元分散在阵列的多个不连续位置），控制各热点单元对应的微通道单元入口处的微型调节阀独立增大开度，增加对应微通道单元的冷却工质流量；

9、（4c）当热点单元在阵列中呈周期性分布时，控制冷却工质的总流量按照与热点分布周期相同的频率进行脉动调节，利用脉动流强化换热效应提升热点区域的散热效率。

10、步骤五：在步骤四的基础上，构建以“阵列温度均匀性最大化”和“冷却工质泵功最小化”为双目标的多目标优化函数：

11、其中，σ(t)为阵列金属回射器各回射单元温度的标准差，表征温度均匀性；w_pump为冷却工质循环泵的功耗；α和β为权重系数，根据实际工况动态调整；

12、采用多目标粒子群优化算法或贝叶斯优化算法对上述多目标优化函数进行在线求解，输出最优运行参数组合，包括：冷却工质总流量q_total、冷却工质入口温度t_in、冷却工质入口压力p_in、各可调式节流阀的开度组合和各微型调节阀的开度组合；

13、将最优运行参数组合下发至执行机构，实现散热系统的闭环智能控制。

14、步骤六：基于步骤二实时采集的各微通道单元入口流量qin_ij和出口流量qout_ij，计算各微通道单元的流量损失系数：

15、当某一微通道单元的流量损失系数ξ_ij超过预设的预警阈值ξ_warning时，判定该微通道单元存在堵塞或气泡滞留风险，生成预警信号；

16、同时，基于步骤三数字孪生模型的计算结果与实际传感数据的偏差δ，构建微通道健康状态评估模型；当偏差δ持续超过预设的偏差阈值δ_threshold且持续时间超过预设的时间阈值τ时，判定微通道散热性能发生不可逆衰减，发出维护提醒信号。

17、本发明的有益效果如下：

18、1.发明通过将阵列金属回射器与歧管微通道散热器一体成型，消除了传统分离式设计中的界面热阻，大幅提升了热量从回射器向冷却工质的传递效率。同时，采用一对一或一对多的对应散热关系设计，使每一微通道单元针对性地服务于对应的回射单元，实现了精准化散热；通过部署分布式温感-流感一体化传感网络，实现了对阵列金属回射器各单元温度、各微通道单元流量和压力的实时感知，建立基于数字孪生的热-流耦合动态模型，实现了对阵列金属回射器温度场和歧管微通道流场的实时计算与预测，为自适应流道重构和智能运行参数调控提供了准确的决策依据。

19、2.本发明通过实施基于热点区域定向优化的自适应流道重构控制，根据热点单元的不同空间分布模式，采取差异化的流道重构策略，实现了对局部热点的精准抑制和温度场的均匀化控制，克服了现有技术中流道结构固定、无法自适应调节的缺陷；通过实施基于多目标优化的智能运行参数调控，在“温度均匀性最大化”和“泵功最小化”之间实现动态最优平衡，既保证了散热效果，又降低了能耗，实现了散热系统的高效节能运行。

20、3.本发明通过实施基于机器学习驱动的微通道健康状态监测与预警，实现了对微通道堵塞、气泡滞留等异常状态的在线监测和早期预警，有效避免了因微通道性能衰减导致的散热失效，提高了系统的长期运行可靠性。整体构建了“感知-建模-决策-执行-预警”的智能热管理闭环体系，实现了阵列金属回射器热管理的全流程智能化，可广泛应用于相控阵雷达t/r组件、高功率激光器阵列、高性能ai计算芯片等高功率密度阵列器件的高效散热与精确温控。