[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

本發明公開了一種微流道散熱的自控系統與方法，包括微流道散熱回路及自抗擾熱控系統，本散熱系統在關鍵換熱位置布置兩個分形微流道換熱器強化換熱，并通過兩條副回流管路進行單相液冷介質的二次回流換熱，同時利用仿生傳熱骨架增強系統對外散熱效率。在控制策略上，將自抗擾控制原理運用于散熱控制系統，形成了獨特的三階抗擾子系統協同散熱的策略，由狀態觀測器ESO對系統散熱狀態進行實時監測并計算狀態量預估，再由主控回路及時切換控制模式并協同調配三階抗擾子系統，自動適應和補償因擾動引起的散熱對象狀態波動，在增強散熱系統抗擾能力的同時降低了系統的整體能耗，整個微流道散熱系統調節靈活，調峰量大，實用性強、能量利用率高，具有廣闊的運用前景。

技術領域

本發明涉及一種微流道散熱的自控系統與方法，具體涉及的是一種為適應外界瞬態高熱流而設計的具有三階抗擾子系統協同散熱特征的微流道散熱自控系統與方法。

背景技術

隨著電子技術在軍事、醫療、通信及生產生活方面的廣泛運用與發展，電子設備的性能及功耗大幅上升，同時，電子器件的體積也在向越來越小的方向發展，而對于例如半導體激光設備、電磁脈沖設備、激光炮等伴隨著瞬態高熱流散熱的運用場景，其短時間的散熱密度甚至超過150W/cm²，且設備的散熱負荷也與設備的運行工況強相關。在這種情況下，傳統的單一散熱系統難以在系統能量利用率較高的情況下應對動態輸入的瞬態高熱流。

而微流道散熱器由于具有體積小、結構緊湊、傳熱性能高等特點，已在航空航天領域中得到應用與發展。研究顯示，分形微流道由于其獨特的結構特性，往往能夠在改善流體流動特性及強化傳熱方面起到意想不到的效果。另外，由于瞬態高熱流對于散熱系統來說屬于外部大擾動，普通的單一散熱系統調節范圍窄，無法及時消除脈沖高熱流對于設備的過溫影響；另外，普通散熱控制系統在面對系統內部或外部的未知擾動的干擾時，往往無法快速準確地跟蹤擾動的動態變化，經常存在調節滯后或頻繁往復調節的情況，所以系統穩定性較差，且調控過程耗能巨大。鑒于此，本發明在利用微流道強化散熱的基礎上同時引入了自抗擾控制的理論，利用自抗擾控制自動抵抗和削弱外部擾動的特性對未知大擾動進行提前補償，并采用三階抗擾子系統協同散熱的控制策略，大大提高了散熱系統的調峰量，加快了微流道散熱系統的響應速率及穩定性，改善了散熱系統的能量利用效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對目前瞬態高熱流散熱設備存在的上述不足而提供的一種具有三階抗擾子系統協同散熱特征的微流道散熱自控系統與方法。在結構上，本發明利用了分形微流道提高單相液冷介質在循環管路中換熱強度的特征，并通過副回流管路進行液冷介質的二次回流換熱，進一步提高換熱系數，同時利用仿生傳熱骨架增強系統對外散熱效率。在控制策略上，本發明在結合系統自身散熱特性的基礎上，運用自抗擾控制自動抵抗和削弱外部擾動，對未知大擾動進行提前補償，形成了獨特的三階抗擾子系統協同散熱的策略，增強了散熱系統的抗擾能力，并同時降低了散熱系統的整體能耗。整個微流道散熱系統調節靈活，調峰量大，能量利用率高，具有廣闊的運用前景。

為實現本發明目的，所采用的技術方案是：