[發(fā)明專利]一種具有Y形分形流道的冷卻板結構參數(shù)化建模方法

有效

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• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112446095B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設計）人: 陳文炯;門志超;劉書田
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/28;G06F119/08
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李馨

本發(fā)明提供一種具有Y形分形流道的冷卻板結構參數(shù)化建模方法，包括：S1、獲取結構控制參數(shù)，所述結構控制參數(shù)包括控制流道數(shù)目、分級數(shù)、分級比、管徑比、分叉角度以及長寬比；S2、根據(jù)流道數(shù)目計算單胞基板的寬度；S3、對所述單胞基板進行區(qū)域劃分；S4、在二維空間上繪制各級單條Y形分形流道；S5、對各級單條Y形分形流道在本級區(qū)域內進行依次鏡像處理，從而繪制在二維空間上的Y形分形流道；S6、對所述二維空間上的Y形分形流道進行在深度方向上的拉伸，從而實現(xiàn)三維Y形分形流道的構建。本發(fā)明能夠根據(jù)具體板形狀需求快速構建流道模型，實現(xiàn)快速參數(shù)化建模。

技術領域

本發(fā)明涉及高熱流密度局部換熱技術領域，具體而言，尤其涉及一種具有Y形分形流道的冷卻板結構參數(shù)化建模方法。

背景技術

隨著科技的發(fā)展，無論是飛行器的高速化還是元器件的高集成度都伴隨著高熱流的產(chǎn)生，高溫環(huán)境使得材料的結構性能大大降低。對于高超聲速飛行器，速度可達5馬赫數(shù)以上，其前緣由于氣動加熱可產(chǎn)生高達106W/m2的高熱流，溫度甚至可達3000K以上，這對飛行器的材料和結構性能產(chǎn)生非常大的影響。

隨著高集成度的發(fā)展，元器件工作產(chǎn)生的熱流密度并不小于高超聲速飛行器氣動加熱產(chǎn)生的熱流密度，著名的“10℃法則”揭示了一個統(tǒng)計規(guī)律：一個電子元器件工作環(huán)境溫度每提升10℃，將使該期間的工作壽命降低到以前工作溫度壽命的一半，高溫環(huán)境不僅會降低元器件的使用壽命。另外在微系統(tǒng)中元器件對運行溫度十分敏感，研究表明當器件溫度在70攝氏度到80 攝氏度之間，溫度每增加1攝氏度，器件運行的可靠性會下降5％左右。因此冷卻方法的發(fā)展制約著科技的發(fā)展。在科技飛速發(fā)展的當下，如何能及時對結構和器件產(chǎn)生的熱量進行冷卻顯得尤為重要。因此對于高效換熱的研究十分緊迫和重要。

分形理論指導人們透過自然界現(xiàn)象表面的無序和混亂以及形態(tài)的不規(guī)則，揭示其背后蘊含的內在規(guī)律，展示局部結構與整體之間存在的千絲萬縷的聯(lián)系。分形理論為冷卻流道設計提供新的思路。目前，眾多研究工作者在該方面開展了豐富且具有意義的研究工作，研究發(fā)現(xiàn)Y形分形流道具有更高的傳熱效率，更小的壓降，更佳均勻的溫度分布等優(yōu)點。

目前相關研究中對于Y形分形流道的構造方法中各級流道的出入口均沒有均勻布置在各級區(qū)域的首位端，這種構造方法使得流道在基板上的分布不均勻，流道對相對邊緣部位的冷卻效果差，冷卻流體沒有得到充分利用，使得冷卻效果降低。對于分叉角度較小的Y形分形流道，流道集中在中間部位，分形流道外側區(qū)域的冷卻效果較差；對于分叉角度較大的Y形分形流道，流道整體分布在外側，分形流道內側區(qū)域冷卻效果較差。由于分形結構比較復雜，目前仍然缺少一種快速實現(xiàn)高效分形流道快速參數(shù)化建模的方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種具有Y形分形流道的冷卻板結構快速參數(shù)化建模方法。使得各級Y形分形流道入口和出口分別均勻分布在各區(qū)域首端和末端上，通過控制流道數(shù)目N、分級數(shù)n、分級比β、管徑比λ、分叉角度長寬比κ參數(shù)控制Y形分形流道的結構形狀，并根據(jù)具體板形狀需求快速構建流道模型, 實現(xiàn)快速參數(shù)化建模。

本發(fā)明采用的技術手段如下：

一種具有Y形分形流道的冷卻板結構參數(shù)化建模方法，包括：

S1、獲取結構控制參數(shù)，所述結構控制參數(shù)包括控制流道數(shù)目、分級數(shù)、分級比、管徑比、分叉角度以及長寬比，其中所述控制流道數(shù)目為在整體基板中布置的Y形分形流道的數(shù)目，所述分級數(shù)為Y形分形流道分形的級數(shù)；所述分級比為相鄰兩級Y形流道之間的長度之比；所述管徑比為Y形分形流道分叉前后流道的直徑之比，所述分叉角度為Y形分形流道分叉處兩條分叉流道所成角度，所述長寬比為Y形分形流道入口截面的長度與寬度之比；

S2、根據(jù)流道數(shù)目計算單胞基板的寬度；

S3、對所述單胞基板進行區(qū)域劃分，包括根據(jù)所述分級數(shù)和分級比在豎直方向上對所述單胞基板劃分各級區(qū)域，以及根據(jù)分級情況在水平方向上對各級區(qū)域進行均分；