[發(fā)明專利]一種冷卻微通道的設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011271733.0
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112380652B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設計）人: 莫小寶;華海宇;何亮
• 申請（專利權）人: 四川長虹電器股份有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/28;G06F30/30
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所(有限合伙) 51213
• 代理人: 趙以鵬

1.一種冷卻微通道的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)熱源尺寸選定微通道設計尺寸，根據(jù)熱源功率確定冷卻工質(zhì)流量；微通道緊貼熱源；

步驟2：根據(jù)選定的微通道設計尺寸確立拓撲優(yōu)化的設計域；

步驟3：設計域內(nèi)采用動量方程描述流體流動，采用能量方程描述固體和流體的溫度分布；

步驟4：利用目標函數(shù)驗證優(yōu)化的設計域內(nèi)流體及固體的分布，完成微通道裝置的流道的三維拓撲結構設計；將三維拓撲結構投影成二維平面，去除不規(guī)則邊界，再將二維拉伸成三維拓撲結構；

所述步驟2中：根據(jù)選定的微通道設計尺寸確立拓撲優(yōu)化的設計域，包括：

(1)過濾設計域內(nèi)設計變量；

對設計域內(nèi)相關參數(shù)進行插值；

所述過濾設計域內(nèi)設計變量，包括：設計域內(nèi)設計變量采用式1進行過濾：

其中r為過濾半徑，為過慮后的設計變量，γ為設計變量；

采用式2對過慮后的設計變量進一步過濾得到輸出設計變量

其中，β和γ_β分別為投影斜率和投影點；

所述對設計域內(nèi)相關參數(shù)進行插值，包括：設計域內(nèi)相關參數(shù)采用下式3進行插值：

α_min和α_max分別為反滲透率的最小值和最大值，其中，α_min取0，α_max取1×10⁵，q為罰參數(shù)；為輸出設計變量，取值范圍為0-1，0代表固體，1代表流體；為有效導熱系數(shù)，由下式4決定：

其中k_s為固體導熱系數(shù)，為k_f流體導熱系數(shù)，p為罰參數(shù)。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種冷卻微通道的設計方法，其特征在于，所述動量方程如下式5所示：

所述能量方程如下式6表示：

其中，ρ為密度，u為速度場，p為壓力，μ為流體動力粘度，α為多孔介質(zhì)的反滲透率，c_p為比熱容，k為導熱系數(shù)，T為溫度。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種冷卻微通道的設計方法，其特征在于，所述利用目標函數(shù)驗證優(yōu)化的設計域內(nèi)流體及固體的分布，完成微通道流道的三維拓撲結構設計，包括：優(yōu)化設計目標函數(shù)考慮流動阻力和微通道熱阻最小，如下式7所示：

其中ω₁和ω₂分別為和的權重，取值范圍在0-1之間；和分別為歸一化的流動耗散功和微通道熱阻；為微通道熱阻最低時的流動耗散功，為流動耗散功最小時的微通道熱阻；

和分別如下式8和9所示

其中Ω為設計域，T_ave，source為熱源平均溫度，T_inlet為流體入口溫度，Q為熱源功率；

優(yōu)化算法采用移動漸近線優(yōu)化算法，通過上述算法獲得設計域內(nèi)流體及固體的分布，完成微通道流道的三維拓撲結構設計。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種冷卻微通道的設計方法，其特征在于，所述微通道設計域為矩形、圓形、橢圓形狀。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種冷卻微通道的設計方法，其特征在于，所述冷卻工質(zhì)包括去離子水、去離子水和乙二醇混合溶液、甲醇、丙酮中的一種。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種冷卻微通道的設計方法，其特征在于，所述固體包括鋁、銅、鐵和PDMS中的一種。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種冷卻微通道的設計方法，其特征在于，所述熱源為芯片、激光器、LED，熱流密度范圍為0-1000W/cm²。