[發明專利]一種冷卻微通道的設計方法

有效

• 申請號: 202011271733.0
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112380652B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（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

本發明公開了一種冷卻微通道的設計方法，屬于電子產品散熱技術領域。該設計方法，包括以下步驟：步驟1：根據熱源尺寸選定微通道設計尺寸，根據熱源功率確定冷卻工質流量；步驟2：根據選定的微通道設計尺寸確立拓撲優化的設計域；步驟3：設計域內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：利用目標函數驗證優化的設計域內流體及固體的分布，完成微通道裝置的流道的三維拓撲結構設計。本發明采用拓撲結構優化的方式來設計微通道的流動結構，該結構具有流動阻力小和傳熱熱阻小的雙重優勢。

技術領域

本發明涉及電子產品散熱技術領域，更具體的說是涉及一種冷卻微通道的設計方法。

背景技術

隨著社會的發展，高功率電子產品越來越多，集成的芯片熱流密度越來越高。已有研究表明電子芯片的溫度每升高10℃，故障率會增加一倍，溫度過高甚至可能引起內部損壞，造成安全事故。因此電子產品散熱愈加重要。

微通道是一種重要的冷卻方式，具有散熱能力強、體積小、噪音小等優點。微通道的截面多為矩形和圓形等形狀，但傳統微通道存在通道壓力損失較大、溫度分布不均勻等缺點，傳統微通道一般不能達到最優的冷卻效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種冷卻微通道的設計方法，以期解決背景技術中存在的技術問題。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種冷卻微通道的設計方法，包括以下步驟：

步驟1：根據熱源尺寸選定微通道設計尺寸，根據熱源功率確定冷卻工質流量；

步驟2：根據選定的微通道設計尺寸確立拓撲優化的設計域；

步驟3：設計域內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：利用目標函數驗證優化的設計域內流體及固體的分布，完成微通道裝置的流道的三維拓撲結構設計。

所述步驟2中：根據選定的微通道設計尺寸確立拓撲優化的設計域，包括：

(1)過濾設計域內設計變量；

(2)對設計域內相關參數進行插值。

所述過濾設計域內設計變量，包括：設計域內設計變量采用式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。

所述對設計域內相關參數進行插值，包括：設計域內相關參數采用下式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；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，由下式4決定：

其中k_s為固體導熱系數，為k_f流體導熱系數，p為罰參數。

所述動量方程如下式5所示：

所述和能量方程如下式6表示：