[發明專利]一種基于均溫開縫肋片的自熱對流散熱系統的設計方法

在審

• 申請號: 202110205683.4
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN113158417A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 賈際;劉俊秀;李云浩;呂新哲;韓芳明;祝賀
• 申請（專利權）人: 航天海鷹（哈爾濱）鈦業有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

本發明是一種基于均溫開縫肋片的自熱對流散熱系統的設計方法。本發明涉及工程換熱設計技術領域；基于換熱系數邏輯運算，確定自然對流換熱系數；根據得到的自然對流換熱系數，確定肋效率和換熱面積；根據肋效率和換熱面積，確定自然對流換熱量；根據自然對流換熱量，進行輻射換熱，確定輻射換熱量；根據自然對流換熱量和輻射熱量，確定總換熱量。本發明將分為自然對流換熱及輻射換熱計算兩部分進行換熱計算，并最終求得整體系統的散熱能力，并給出肋片結構數據與系統散熱能力間的關系曲線。設計者根據曲線可快速識別最佳肋片結構，并給出合理設計。

技術領域

本發明涉及工程換熱設計技術領域，是一種基于均溫開縫肋片的自熱對流散熱系統的設計方法。

背景技術

伴隨著電子工業高性能、微型化、集成化的三大發展趨勢，電子散熱問題越來越尖銳。特別是對于高新、尖端技術產品，元器件的高密度、高集成、高頻、小型化發展已是不可逆轉的趨勢，伴隨其散熱量的增加也是不可違背的物理現象。散熱問題與電子設備的可靠性和工作壽命密切相關。隨著溫度的上升，電子元件的失效率呈指數增長，因此針對電子元件的散熱系統合理化設計顯得十分必要，且對于某些對于散熱系統可靠性要求極其嚴格的工況下，自然對流散熱系統仍然是目前綜合性能佳的選擇，而針對其設計方法的優化，將大幅度減少設計時間，并減少人為誤差的出現。

自然對流散熱肋片結構設計中，若肋片設計過長，會出現換熱面積與空氣流量不匹配，換熱區空氣層流化等惡化自然對流系數的情況產生，因此需要在一定長度方向為肋片開縫，強化空氣流量與擾動，但肋片開縫的同時會減少肋片長度引起換熱面積損失，令最終散熱系統產生換熱能力下降風險，導致設計人員不得不反復進行迭代設計。

發明內容

本發明基于傳熱學原理，分為自然對流換熱及輻射換熱計算兩部分進行換熱計算，通過設計者輸入的擬定肋片高、寬、間距、與肋片長度初始值等設計參數，采用單調遞增肋片長度參數進行連續計算，并給出肋片長度與肋片散熱功率關系曲線，令設計人員快速識別合理的肋片長度設計范圍，并確定出最優肋片結構設計方案。本發明提供了一種基于均溫開縫肋片的自熱對流散熱系統的設計方法，本發明提供了以下技術方案：

一種基于均溫開縫肋片的自熱對流散熱系統的設計方法，包括以下步驟：

步驟1：基于換熱系數邏輯運算，確定自然對流換熱系數；

步驟2：根據得到的自然對流換熱系數，確定肋效率和換熱面積；

步驟3：根據肋效率和換熱面積，確定自然對流換熱量；

步驟4：根據自然對流換熱量，進行輻射換熱，確定輻射換熱量；

步驟5：根據自然對流換熱量和輻射熱量，確定總換熱量。

優選地，所述步驟1具體為：

步驟1.1：根據輸入系統的高允許溫度t1與環境溫度t2求散熱區空氣定性溫度；由定性溫度物性模塊給出空氣物性，其中包括：熱系數、粘度和體脹系數等；根據溫度、空氣物性及肋片結構參數求解格拉曉夫數；

步驟1.2：根據格拉曉夫數判定肋片區氣流流動情況并選擇相應層流或紊流經驗公式推導自然對流換熱系數h；

步驟1.3：根據輸入的系統最高允許溫度、外界環境溫度與肋片長度參數，直接給出自然對流換熱系數h。

優選地，所述步驟2具體為：

考慮肋片末梢散熱，選取修正肋高參數Hx，根據輸入肋片導熱率λ與修正肋高參數Hx等參數得出肋片效率為ηf；

基于肋片結構參數求解肋面總面積Af、肋根部總面積Ar、肋片效率ηf等參數求解肋面總效率，通過下式表示總效率：

η＝(Ar+ηf·Af)/(Af+Ar)。