一种强化散热装置的制作方法

1.本发明涉及电子元器件散热技术领域，更具体地讲，涉及一种强化散热装置。


背景技术：

2.在正常工作期间，电子器件产生的热量必须消散，以防止结温超过其设计工作温度，从而导致性能抑制和可靠性下降。增强对流换热的方法，主要包括：增大提高湍流程度、增加换热面积、改善流体的热物理性质等。尤其是现在倾向于功率密度增加的更紧凑的设备，由于热流密度较大，散热装置一般都需要设置翅片来增大换热面积。
3.采用传统的强化传热技术，在通道加热面上使用各类变形肋片，常见的包括平直肋片、波纹肋片、针状肋片等以及采用多孔介质等措施会导致流阻增加，从而降低了综合热工水力系数。而增加表面积，利用紧凑型翅片等，在增加表面积同时还增加了材料消耗量和加工复杂程度，使得成本增加，提高平直肋片的高度增加来增加散热表面积会造成肋效率降低，同时由于肋片的厚度通常比较薄，顶部的换热能力并不佳，肋效率低。
4.专利cn110198615b描述了一种辐射状的肋片阵列结构，使用了平直肋片组成了一条逐渐扩大的流道，并且在流动方向上根据流道宽度增加了肋片数量。该设计可通过增多的肋片，打破了肋片表面逐渐增多的边界层，从而提高散热性能，但是问题在肋片形状不规则，无法将整个有效散热区域都利用上。此外，通道越靠近进口，肋片稀疏，由此散热能力也会大幅降低，会形成热点，然而在越靠近出口时，肋片越密，压降同时也会增大。
5.尤其对于航空机载电子设备散热，因高空压力小，风机产生的风量也比较小，现有的航空电子设备散热翅片都是平直翅片或者等截面针翅，同时对于散热翅片所需性能的结构参数的选择没有现有的经验公式，无法比较直观的选择最适合的结构参数，所以亟需一种风阻小、肋效率高同时具备轻量化的散热翅片。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是，提供一种强化散热装置；旨在解决现有技术翅片结构风阻大，肋效率低以及无法获得翅片性能参数的问题。
7.本发明解决技术问题所采用的解决方案是：
8.一种强化散热装置，包括基板、多列安装在基板上的翅片组件、以及位于翅片组件上且与基板配合形成中空腔室的盖板；
9.每列所述翅片组件包括多组翼型翅片；
10.所述翼型翅片的横截面为naca翼型截面，所述翼型翅片的肋型为不等截面肋；所述翼型翅片横截面的面积由远离基板一侧向靠近基板基板一侧依次递增。
11.在一些可能的实施方式中，多列翅片组件呈等间距叉排分布，相邻两列翅片组件之间的间距为a；
12.每列中的翼型翅片呈等间距分布，相邻两组翼型翅片之间的间距为d。
13.在一些可能的实施方式中，所述翼型翅片远离基板一侧的长度为x，所述翼型翅片
靠近基板一侧的长度为y,其中x＜y；所述翼型翅片的肋高为h。
14.在一些可能的实施方式中，所述基板呈矩形结构，其长度为l；多列翅片组件呈基板的长方向设置。
15.在一些可能的实施方式中，所述基板与翼型翅片满足关系式(1)和(2)；
[0016][0017][0018]
其中，
[0019]
j为传热因子；
[0020]
f摩擦因子。
[0021]
在一些可能的实施方式中，每组所述翼型翅片在冷却介质流动方向所在平面上的投影呈直角梯形；
[0022]
每组翼型翅片在与冷却介质流动方向相互垂直的平面上的投影呈等腰梯形。
[0023]
在一些可能的实施方式中，所述直角梯形的上底的长度为7-9mm，下底的长度为10-12mm,沿冷却介质流动方向相邻两组翼型翅片之间的距离为7-11mm。
[0024]
在一些可能的实施方式中，同列的两组相邻的翼型翅片之间的距离为3-3.8mm。
[0025]
在一些可能的实施方式中，所述中空腔室的两端分别设置有开口；所述开口包括入口和出口；所述翼型翅片的前缘设置在靠近入口的一侧。
[0026]
在一些可能的实施方式中，所述翼型翅片采用选择性激光融化技术制成。
[0027]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0028]
本发明通过将翼型翅片横截面为naca翼型截面，翼型翅片的肋型为不等截面肋；翼型翅片横截面的面积由远离基板一侧向靠近基板基板一侧依次递增；将使得气流在翼型翅片的肋后不易产生气流旋涡，从而减小风阻，提高了翼型翅片的换热效率；
[0029]
本发明通过基板与翼型翅片的公式(1)和公式(2)能够更加便捷快速找到最合适的肋参数；
[0030]
本发明结构简单，通过冷区介质在中空腔室内流动，将基板、翼型翅片的热量带走，从而达到给元器件降温的目的。
附图说明
[0031]
图1为本发明的结构示意图；
[0032]
图2为本发明中基板、翅片组件的结构示意图；
[0033]
图3为本发明中基板、翅片组件连接的正视图；
[0034]
图4为图3中a处的放大示意图；
[0035]
图5为本发明中基板、翅片组件连接的侧视图；
[0036]
图6为本发明中翼型翅片的轴侧图；
[0037]
图7为本发明中翼型翅片的俯视图；
[0038]
图8为本发明中翼型翅片的仰视图；
[0039]
图9为本发明实施例1的仿流场图；
[0040]
图10为对比例1的流场图；
[0041]
其中：1、基板；2、翅片组件；21、翼型翅片；3、盖板。
具体实施方式
[0042]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两组元件内部的连通或两组元件的相互作用关系。本技术所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本技术实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两组或两组以上。例如，多个定位柱是指两组或两组以上的定位柱。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0043]
下面对本发明进行详细说明。
[0044]
如图1-图10所示：
[0045]
一种强化散热装置，包括基板1、多列安装在基板1上的翅片组件2、以及位于翅片组件2上且与基板1配合形成中空腔室的盖板3；中空腔室用于冷却介质流动；所述翅片组件2位于中空腔室内；每列所述翅片组件2包括多组翼型翅片21；中空腔室的两端设置有入口和出口；入口与冷却介质提供装置连接，出口则与冷却介质回收装置；基板1与作为发热源的电子元器件表面直接接触，冷却介质从翼型翅片21所形成的通道内流过，将翅片基板1和翼型翅片21上的热量带走，从而达到给元器件降温的目的。
[0046]
所述的横截面为naca翼型截面，所述翼型翅片21的肋型为不等截面肋，即翼型翅片21的肋采用上下下大的结构；所述翼型翅片21横截面的面积由远离基板1一侧向靠近基板1基板1一侧依次递增。
[0047]
采用上述翼型翅片21的结构设置，气流在翼型翅片21的后缘不易产生气流旋涡，从而使得翅片的压降大大减小；翼型翅片21位于基板1上，翅片顶部也顶住上盖板3，且均匀分布在中空腔体内。
[0048]
采用翼型翅片21上小下大的结构，在增加肋高度的同时增大与基板1的接触面积，使得在提高了换热表面积的同时提高了肋散热效率和对流换热系数；
[0049]
由于减小了肋片的迎风面积，迎风面为靠近冷却介质来流一侧，同时使用翼型作为截面，减小了空气漩涡的发生，使得翅片的压降大大减小。
[0050]
在一些可能的实施方式中，多列翅片组件2呈等间距叉排分布，相邻两列翅片组件2之间的间距为a；
[0051]
每列中的翼型翅片21呈等间距分布，相邻两组翼型翅片21之间的间距为d。
[0052]
在一些可能的实施方式中，所述翼型翅片21远离基板1一侧的长度为x，所述翼型翅片21靠近基板1一侧的长度为y,其中x＜y；所述翼型翅片21的肋高为h。
[0053]
在一些可能的实施方式中，所述基板1呈矩形结构，其长度为l；多列翅片组件2呈
基板1的长方向设置。
[0054]
通过对不同水平不同因素的模型做仿真分析并使用多元线性回归方法处理数据得到传热因子、摩擦因子与各结构参数之间的关系为；所述基板1、翼型翅片21、传热因子、摩擦因子满足关系式(1)和(2)；
[0055][0056][0057]
其中，
[0058]
j为传热因子；
[0059]
f摩擦因子。
[0060]
关系式(1)和(2)将使得涉及到上述翼型翅片21的设计能通过需要更容易找到最合适的肋参数。
[0061]
在一些可能的实施方式中，每组所述翼型翅片21在冷却介质流动方向所在平面上的投影呈直角梯形；即从垂直于冷却介质的方向上看是直角梯形；
[0062]
每组翼型翅片21在与冷却介质流动方向相互垂直的平面上的投影呈等腰梯形；即从冷却介质流动方向上看是等腰梯形。
[0063]
在一些可能的实施方式中，所述中空腔室的两端分别设置有开口；所述开口包括入口和出口；所述翼型翅片21的前缘设置在靠近入口的一侧。
[0064]
在一些可能的实施方式中，所述翼型翅片21采用选择性激光融化技术制成。采用选择性激光融化技术减少了制造材料的使用，使得散热器同时具备轻量化和散热高效化；
[0065]
在一些可能的实施方式中，所述直角梯形的上底长度为7-9mm，下底长度为10-12mm,沿冷却介质流动方向相邻两组翼型翅片21之间的距离为7-11mm；即x为7-9mm,y为10-12mm,a为7-11mm。
[0066]
在一些可能的实施方式中，同列的两组相邻的翼型翅片21之间的距离为3-3.8mm；即d为3-3.8mm；等腰梯形的上底宽、下底宽度由直角梯形的上底面长和下底面长、naca翼型决定。
[0067]
实施例1：
[0068]
本实施例中翼型翅片21的肋高h为7mm，基板1长度l为340mm，肋间水平距d为3mm，肋间竖直距a为7mm，翼型翅片21上顶面长x为7mm，同时其下顶面长y为10mm。
[0069]
利用数值模拟软件fluent对一个列单元做数值模拟，结果得出，在雷诺数为600时翼型翅片21的流场如图9所示，并进行仿真分析得出热通量为471w/m2，出入口压差为38pa。
[0070]
对比例1：
[0071]
本对比例中的翅片，为等截面直肋翅片，其肋高、板长、水平距、竖直距和下底面长宽都相同均为10mm；
[0072]
利用数值模拟软件fluent对一个列单元做数值模拟，结果得出，在雷诺数为600时该翅片的流场如图10所示，并进行仿真分析得出热通量为421w/m2，出入口压差为143pa。
[0073]
由此可知，从数值模拟的结果可对比出在相同雷诺数的条件下，不等截面的散热
量是等截面直肋大11.9％，同时压差要小73.4％，相对现有技术中的等截面翅片，本发明将增加散热和减小风阻。
[0074]
因此，采用本发明中翼型翅片，在增加肋高度的同时增大与基板1的接触面积，使得在提高了换热表面积的同时提高了肋散热效率和对流换热系数；并且由于减小了迎风面积，同时横截面为naca翼型截面，减小了空气漩涡的发生，使得翅片的压降大大减小。
[0075]
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。