[發明專利]一種微流道散熱的自控系統與方法

有效

• 申請號: 202010160549.2
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111263570B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 張程賓;周穎;陳永平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.一種微流道散熱的自控系統，包括微流道散熱回路及自抗擾熱控系統；所述微流道散熱回路包括液冷管路、分形微流道換熱器、熱吸收器及冷補償器；所述液冷管路內充滿單相液冷介質，所述單相液冷介質以所述分形微流道換熱器為換熱場所，并在所述液冷管路中循環流動，對散熱對象進行降溫并將熱量轉移至所述熱吸收器和所述冷補償器中；所述自抗擾熱控系統時刻監測并管控所述微流道散熱回路中的傳熱狀態及流體行為；其特征在于：

所述液冷管路包括單向主循環管路、副回流管路及冷補償器旁通管路；所述單向主循環管路依次將分形微流道換熱器、熱吸收器及冷補償器串聯形成循環通道；所述副回流管路連接在所述分形微流道換熱器的出口和入口之間，以令所述單相液冷介質在所述分形微流道換熱器中進行二次換熱；

所述分形微流道換熱器連接在所述冷補償器的出口和入口之間；所述分形微流道換熱器數量為二，分別與所述的散熱對象及所述熱吸收器緊密相連；所述的分形微流道換熱器外殼為扁平的方形腔體，內部按照分形級數的規律形成格柵分形槽道；所述的分形微流道換熱器與所述的熱吸收器緊密相連，兩表面之間無空氣間隙，兩表面連接的方式包含過盈配合、填充導熱膠/脂、高溫熔融、化學反應粘接；

所述的熱吸收器外部為一方形殼體，內部放置具有準蜂窩狀特征的仿生傳熱骨架，并在所述的仿生傳熱骨架周圍填充固液相變介質；所述的熱吸收器內部包含m條，相互平行的均溫骨架及m+1組準蜂窩網格骨架，并類比蝴蝶翅膀組織的微觀結構進行排布，m≥0，取整數；

所述的自抗擾熱控系統包括自抗擾主控單元及三階抗擾子系統；所述的自抗擾主控單元包含狀態觀測器ESO及主控回路；所述三階抗擾子系統包括分別與單向主循環管路相連的主回路熱控單元、與副回流管路相連的強化回流熱控單元及與冷補償器旁通管路相連的補充輸能熱控單元；所述的狀態觀測器ESO對系統的散熱狀態進行實時監測并計算狀態量預估，所述的主控回路控制所述的三階抗擾子系統，自動適應和補償因擾動引起的系統狀態量波動；

所述的分形微流道換熱器內部空間由凸出的陣列方塊分割形成所述的格柵分形槽道，所述的格柵分形槽道沿著所述方形腔體的長、寬方向進行二維分形，每一維度方向的槽道數量隨分形級數的增加而增加，槽道數量n滿足n＝2^N-1，N為格柵分形級數，每條槽道的寬度隨分形級數的增加而逐漸減小，每條槽道的寬度t滿足t＝Rk^1-N的關系，R為第1級槽道寬度，k為變化因子；

所述的三階抗擾子系統的主回路熱控單元的控制量為u₁，強化回流熱控單元的控制量為u₂，補充輸能熱控單元的控制量為u₃，啟動散熱后，所述的自抗擾主控單元根據系統狀態及擾動評估，自動協調所述的三階抗擾子系統在如下三種控制模式中切換：

控制模式一，只有主回路熱控單元動態調節，即u₁＝(u₀₁-α)/b₀₁，u₂＝u₃＝0；

控制模式二，主回路熱控單元全開，強化回流熱控單元進行實時調節，補充輸能熱控單元處于“睡眠”狀態，即u₁＝MAX，u₂＝(u₀₂-α)/b₀₂，u₃＝0；

控制模式三，主回路熱控單元及強化回流熱控單元全開，補充輸能熱控單元進行實時調節，即u₁＝u₂＝MAX，u₃＝(u₀₃-α)/b₀₃；

式中，u₀₁為主回路熱控單元的初始擾動估計值，u₀₂為強化回流熱控單元的初始擾動估計值,u₀₃為補充輸能熱控單元的初始擾動估計值；b₀₁為主回路熱控單元的初始臨界增益,b₀₂為強化回流熱控單元的初始臨界增益,b₀₃為補充輸能熱控單元的初始臨界增益；α為系統動態總擾動的估計值；

所述的狀態觀測器ESO以所述的三階抗擾子系統的控制量(u₁、u₂、u₃)及系統的響應輸出函數y為動態觀測量，將系統內部擾動、外部擾動及未知擾動綜合表示為未定的系統總擾動f，通過狀態空間模型轉化的方式對系統總擾動f進行動態跟蹤和函數求解，得到系統的觀測權向量(x₁,x₂,x₃)，且在控制過程中有：α＝x₃；根據所述三種控制模式下的控制策略得到最新的主回路熱控單元控制量u₁，強化回流熱控單元控制量u₂及補充輸能熱控控制量u₃，完成對系統的散熱狀態的實時預估及動態調控。