[發(fā)明專利]一種矩形截面散熱器肋片的優(yōu)化設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711026819.5
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107885920A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉義;陳星
• 申請（專利權(quán)）人: 揚州大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心32203
• 代理人: 唐代盛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于散熱器設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種矩形截面散熱器肋片的優(yōu)化設(shè)計方法。

背景技術(shù)

肋片式散熱器是一種最為常見的散熱器形式，可通過擴展散熱面積的方式使散熱器的散熱量得以提高。散熱器肋片的形狀多種多樣，散熱效果也各不相同，而矩形截面散熱器肋片在所有肋片結(jié)構(gòu)中最為簡單，加工最為便易，所以一直被普遍采用。對于矩形截面的散熱器肋片，當(dāng)肋寬和矩形截面面積都相同時，肋片體積相同，金屬消耗量完全相同，但矩形截面的形狀不同，肋片的散熱量卻將有所不同。所以，從節(jié)能節(jié)材的角度，應(yīng)通過合理設(shè)計肋片的截面形狀，也即合理設(shè)計肋片的肋高和肋厚，使其在金屬消耗量相同的情況下，具有最大的散熱量，從而使整個換熱器發(fā)揮出最大的散熱效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種矩形截面散熱器肋片的優(yōu)化設(shè)計方法，以解決現(xiàn)有矩形散熱片散熱效果非最優(yōu)的問題。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種矩形截面散熱器肋片的優(yōu)化設(shè)計方法，包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)散熱器肋片所選定的金屬材料以及肋片的工作溫度，從材料熱物性表中查取這種金屬材料的熱導(dǎo)率λ；

步驟2、采用傳熱學(xué)中的通用測試方法，或者根據(jù)經(jīng)驗公式計算，得出肋片與周圍空氣之間的自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h；

步驟3、根據(jù)散熱器工作環(huán)境的實際需要選取肋厚δ，計算肋高H：根據(jù)傳熱學(xué)理論，得到矩形截面肋片散熱量的計算式；利用微積分中求極值的方法，令散熱量對肋厚求導(dǎo)為零，得到超越方程，用數(shù)值法得出肋高H與肋厚δ之間的關(guān)系式；

步驟4、以肋厚和肋高分別作為矩形截面的短邊和長邊；

步驟5、根據(jù)散熱器主體的大小以及設(shè)計工作的實際需要選取肋寬L；

步驟6、將肋厚為δ、肋高為H、肋寬為L的矩形截面肋片安裝于散熱器主體上。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點：

本發(fā)明提供了一種矩形截面散熱器肋片的最優(yōu)設(shè)計方法，在對內(nèi)在因素和外部條件的分析和測試的基礎(chǔ)上，通過數(shù)學(xué)分析方法，對矩形截面散熱器肋片的截面形狀進行精確設(shè)計，使其在金屬消耗量相同的情況下，具有最大的散熱量，達到最優(yōu)效果，做到節(jié)材節(jié)能。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1為矩形截面肋片與散熱器主體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的矩形截面散熱器肋片的優(yōu)化設(shè)計方法的流程圖。

具體實施方式

為了說明本發(fā)明的技術(shù)方案及技術(shù)目的，下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步的介紹。

圖1為矩形截面肋片與散熱器主體的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，矩形截面肋片2垂直設(shè)置于散熱器主體1表面。

結(jié)合圖2，本發(fā)明的一種矩形截面散熱器肋片的優(yōu)化設(shè)計方法，包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)散熱器肋片所選定的金屬材料以及肋片的工作溫度，從材料熱物性表中查取這種金屬材料的熱導(dǎo)率λ[(W/(m·K)]。

步驟2、采用傳熱學(xué)中的通用測試方法，或者根據(jù)經(jīng)驗公式計算，得出肋片與周圍空氣之間的自然對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h[(W/(m²·K)]。

步驟3、根據(jù)散熱器工作環(huán)境的實際需要選取肋厚，計算肋高：根據(jù)傳熱學(xué)理論，得到矩形截面肋片散熱量的計算式；利用微積分中求極值的方法，令散熱量對肋厚求導(dǎo)為零，得到超越方程，用數(shù)值法得出肋高H與肋厚δ之間的關(guān)系式。

3.1計算矩形截面肋片散熱量：

設(shè)所述矩形截面肋片的散熱量為Q(W)，肋基溫度為t₀，環(huán)境溫度為t_f，矩形截面的面積為A(m²)，則根據(jù)傳熱學(xué)知識，矩形截面肋片散熱量的計算式為：

其中，th為雙曲正切函數(shù)的符號，L為肋寬；

3.2、得到超越方程：

由于A＝Hδ，當(dāng)矩形截面的面積A一定時，散熱量H和肋厚δ兩者之間呈反比關(guān)系，若要使Q值最大，需采用微積分中求極值的方法，將散熱量Q對肋厚δ求導(dǎo)，并令其等于零，也即

dQ/dδ＝0

將以上關(guān)系式代入式(1)，可解出

其中，sh為雙曲正弦函數(shù)的符號，ch為雙曲余弦函數(shù)的符號。

3.3、計算肋高與肋厚之間的關(guān)系式：

用數(shù)值法求解這個超越方程(2)，可得出

據(jù)此可得出肋高H與肋厚δ之間的關(guān)系式