CN107273578B - 一种基于流线的冷却板内部流道的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于流线的冷却板内部流道的设计方法，属于计算机辅助设计技术领域。其中，设计方法包括获取步骤与构建步骤；获取步骤包括获取具有确定流道进口与流道出口的流道分布区域内的流场分布；构建步骤包括按照设计流道的数量及分布，以流场分布中的流线为基准构建冷却板内部流道。本设计方案不仅能设计流阻较小的冷却板内部流道分布方案，而且能降低对设计人员设计经验的要求。

Description

一种基于流线的冷却板内部流道的设计方法
技术领域
本发明涉及计算机辅助设计技术领域，具体地说，涉及一种基于流线的冷却板内部流道的设计方法。
背景技术
使用冷板进行冷却，不仅能迅速地带走设备产生的热量，且具有很高的可靠性、稳定性，使其成为一种优选的散热装置。
在工作过程中，其内部流道会对冷却剂的运动产生流阻，若该流阻过大，将会显著增加泵功率的消耗，因此在设计过程中，通常需要比较多种设计方案，以从中筛选出流阻最小的设计方案作为目标方案，例如，(1)：根据设计工况，要求设计出道进口01、流道出口02及流道分布区域03的分布结构满足如图1所示的冷却板，当前设计方案中较为优选的流道分布方案04如图2所示，其中，流道分布区域03是指在设计工况中所容许的流道分布区域范围；(2)：根据设计工况，要求设计出流道进口05、流道出口06及流道分布区域07的分布结构满足如图3所示的冷却板，当前设计方案中较为优选的流道分布方案08如图4所示；但是，由于冷却板应用范围广泛，根据不同的使用环境，有不同的散热及阻力需求。在以往设计过程中，大多以满足散热需求为前提，仅对阻力提出了一个大概的限制，这种设计方法很大程度上依赖于设计人员的工作经验。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于流线的冷却板内部流道的设计方法，以在设计出流阻较小的流道分布方案的同时，降低对设计人员的设计经验要求。
为了实现上述目的，本发明提供的冷却板内部流道的设计方法包括获取步骤与构建步骤；其中，获取步骤包括获取具有确定流道进口与流道出口的流道分布区域内的流场分布；构建步骤包括按照设计流道的数量及分布，以流场分布中的流线为基准构建冷却板内部流道。
通过获取冷却剂在流道分布区域内的流场分布情况，并以获取的流线为基准设计流道，即，循着流线的走势设计出流道的路径，从而以流线式流道替代传统的多直拐角流道，可有效地降低流道对冷却剂产生的流阻。
具体的方案为获取步骤包括建模步骤与计算步骤；建模步骤包括构建具有流道进口、流道分布区域及流道出口的结构模型，确定流道进口与流道出口处的边界条件；计算步骤包括基于边界条件，对结构模型进行数值计算，获取流道分布区域内的流场分布。
通过对冷却剂在流道分布区域内的流场分布情况进行数值仿真，可有效地减少设计过程中的人力、物力的消耗，以降低设计成本、缩短设计周期及提高设计的灵活性。
更具体的方案为对结构模型以三角形非结构网格进行网格划分。
另一个更具体的方案为以流道进口处的冷却剂流速、流道出口为自由流、无滑移固体壁面及冷却剂的物性参数为边界条件。更贴近实际设计工况。
优选的方案为以流场分布中的流线为基准构建冷却板内部流道的步骤包括：(1)从流场分布中提取对应数目的流线作为流道的中心线；(2)依据获取的中心线，构建冷却板内部流道。通过提取流线作为流道的中心线，有效简化选取基准并构建流道的工序。
更优选的方案为从流场分布中提取对应数目的流线的步骤为：根据设计流道的数量及分布，从流场分布中提取所选流线上若干选取点的坐标。有效地减少获取流线所需人力、物力。
再优选的方案为选取点沿流线的分布密度随流线曲率的增大而增加。使选取流线更逼近真实流线。
另一个再优选的方案为基于流线上各点的坐标，利用样条曲线拟合方式拟合出中心线；按照设计宽度，向两侧偏移所述中心线，获取冷却板内部流道的边界。有效地简化设计过程的构建流道步骤。
另一个优选的方案为设计流道的分布为等距分布，并等距地从流场分布中提取对应数目的流线。进一步简化设计过程中的构建步骤。
与现有技术中的设计方法相比，本设计方案不仅能设计流阻较小的冷却板内部流道分布方案，而且能降低对设计人员设计经验的要求。
附图说明
图1是一种现有设计工况中流道进口、流道出口及流道分布区域的分布结构示意图；
图2是一种针对图1所示设计工况下较为优选的流道分布方案；
图3是另一种现有设计工况中流道进口、流道出口及流道分布区域的分布结构示意图；
图4是一种针对图3所示设计工况下较为优选的流道分布方案；
图5是本发明实施例的工作流程图；
图6是本发明实施例中针对图1所示设计工况计算出的流线分布示意图；
图7是本发明实施例中依据图6所示流线构建出的流道分布方案；
图8是本发明实施例中依据图3所示设计工况构建出的流道分布方案。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
实施例
参见图5，本发明基于流线的冷却板内部流道的设计方法包括建模步骤S11、计算步骤S12、选取步骤S21及生成步骤S22。
建模步骤S11，构建具有流道进口、流道分布区域及流道出口的二维结构模型，确定流道进口与所述流道出口处的边界条件。
(1)如图1所示，采用AUTOCAD软件构建出具有流道进口01、流道分布区域02及流道出口03的二维结构模型，即不考虑冷却板的厚度维度，具体尺寸为，L＝330毫米、H＝30毫米、B＝100毫米、A＝10毫米，流道进口01与流道出口03的尺寸相同。
(2)采用CFD前处理软件ICEM软件对整个二维结构模型进行网格划分，网格采用最大网格尺寸为2毫米的三角形非结构网格。
(3)以流道进口处的冷却剂流速、流道出口为自由流(outflow)、无滑移固体壁面及流道进口处冷却剂的物性参数为边界条件，在本实施例中，流道进口处的冷却剂流速为0.1米每秒，将冷却剂的物理参数设置为water-liquid。
计算步骤S12，基于边界条件，采用湍流模型对二维结构模型进行数值计算，获取流道分布区域内的流场分布。
(1)应用CFD流场分析软件FLUENT软件对流道分布区域内液体单相流运动进行模拟，即对冷却剂流动情况进行模拟。
(2)运行2D解算器，选用湍流模型(Viscous Model)中的标准k-ε模型，不设置重力，计算方法采用SIMPLEC算法，采用先二阶后一阶迎风格式。获取如图6所示该冷却板内部流线的分布情况，其具有多条流线1。
选取步骤S21，按照设计流道数量，等距地从流场分布中提取对应数目的流线。
基于数值计算的结果，输出流道分布区域内的流线分布图，将该流线分布图导入取点软件GETDATE中，并根据需要设计的内部流道数量，按等间距的方式提取出所选流线的各点坐标值。
生成步骤S22，以提取的流线为中心线，构建冷却板内部流道。
(1)基于选取步骤S21得到流线上各点的坐标，在软件AUTOCAD中使用“样条曲线”的命令拟合出各流线。
(2)在软件AUTOCAD中，以获得流线为中心线，使用“偏移”命令，按所需流道宽度向两边偏移形成最终的流线型流道。如图7所示为获取的针对图1所示设计工况下的流道分布方案，共有五条流线型流道2，如图8所示为获取针对图3所示设计工况下的流道分布方案，共有五条流线型流道3。
以进出口的压力降低表征流道内流体受到的流阻大小，对图2及图7所示流道方案的流阻进行仿真，在相同热量加载(本实施例选为120000W/m2)下的仿真结果为：
(1)图7所示流道分布方案的进出口压力降为6.271Pa；
(2)图2所示流道分布方案的进出口压力降为14.272Pa。
从中可以看出，前者比后者减少了56％，即，本发明设计方法设计出的流道分布方案可在换热量一定的时候，能明显降低流道的内部流阻。
在本实施例中，构建出的冷却板内部流道的分布方案为其在平行于冷却板板面方向上的二维截面结构，具体深度根据实际流量需要进行设计，上述“流道分布区域”为根据设计工况要求所容许的流道分布区域范围。
在上述实施例中，建模步骤S11与计算步骤S12一起构成本发明的获取步骤S1，即获取具有确定流道进口与流道出口的流道分布区域内的流场分布。当然了，获取流道分布区域内的流场分布的方法并不局限于上述实施例中的数值仿真，还可采用实验方法获取，比如：通过预先设计透明形式的冷却板，应用PIV等流场可视化测量手段，获取内部流场特征，构建出流线/迹线形态。
在计算步骤S12，优选为采用现有商业软件进行仿真计算，当然也可采用自行编程方式进行计算得到。
选取步骤S21与生成步骤S22一起构成本发明的构建步骤S2，即按照设计流道的数量及分布，以流场分布中的流线为基准构建所述冷却板内部流道。以流线为基准并不局限于上述实施例中的中心线，还可以直接应用两条临近的流线，以流线之间的区域构建流道；选取作为中心线的流线也并不局限上述实施例中的一根，还可以选取若干根流线，通过对它们坐标求平均值而拟合出作为中心线的拟合流线；构建流道时，流道并不仅局限于上述实施例中的等距分布，还可以采用流速加权的方式，在流线分布密度高的地方，设计流道密度大一些(此时，流道宽度可选为一样)，也可以在流线密的地方，设计流道的宽度大一些(此时，流道间距可选为相同)。

Claims (7)

1.一种基于流线的冷却板内部流道的设计方法，其特征在于，包括：
获取步骤，获取具有确定流道进口与流道出口的流道分布区域内的流场分布；
构建步骤，按照设计流道的数量及分布，以所述流场分布中的流线为基准构建所述冷却板内部流道；
所述以所述流场分布中的流线为基准构建所述冷却板内部流道的步骤包括：从所述流场分布中提取对应数目的流线作为流道的中心线；依据所述中心线，构建所述冷却板内部流道；
所述从所述流场分布中提取对应数目的流线的步骤为：根据所述设计流道的数量及分布，从所述流场分布中提取所选流线上若干选取点的坐标；
所述选取点沿流线的分布密度随流线曲率的增大而增加，或所述选取点沿流线等间距分布。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述获取步骤包括：
建模步骤，构建具有流道进口、流道分布区域及流道出口的结构模型，确定所述流道进口与所述流道出口处的边界条件；
计算步骤，基于所述边界条件，对所述结构模型进行数值计算，获取所述流道分布区域内的流场分布。
3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，所述建模步骤包括：
对所述结构模型以三角形非结构网格进行网格划分。
4.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于:
在所述计算步骤中，采用湍流模型对所述结构模型进行数值计算。
5.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于：
以所述流道进口处的冷却剂流速、所述流道出口为自由流、无滑移固体壁面及冷却剂的物性参数为所述边界条件。
6.根据权利要求1至5任一项权利要求所述的设计方法，其特征在于：
基于流线上各点的坐标，利用样条曲线拟合方式拟合出所述中心线；
按照设计宽度，向两侧偏移所述中心线，获取所述冷却板内部流道的边界。
7.根据权利要求1至5任一项权利要求所述的设计方法，其特征在于：
所述设计流道的分布为等距分布，并等距地从所述流场分布中提取对应数目的流线。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107885952A (zh) * 2017-11-28 2018-04-06 上海望友信息科技有限公司 一种设计冷板的方法和设计系统
CN112207414B (zh) * 2020-09-14 2021-11-05 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种大型液冷管网及其焊接方法
CN112446095B (zh) * 2020-11-25 2022-10-25 大连理工大学 一种具有y形分形流道的冷却板结构参数化建模方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1454458A (zh) * 2003-06-02 2003-11-12 西安交通大学 基于流态的微灌灌水器抗堵流道的设计方法
CN101021881A (zh) * 2007-02-09 2007-08-22 中国农业大学 一种抗堵塞滴灌灌水器设计方法
CN101551828A (zh) * 2009-03-25 2009-10-07 西北农林科技大学 一种迷宫流道结构灌水器的抗堵塞流道结构设计方法
CN101667218A (zh) * 2009-10-22 2010-03-10 北京市水利科学研究所 削除流道内悬浮颗粒集聚位置的灌水器抗堵塞设计方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1454458A (zh) * 2003-06-02 2003-11-12 西安交通大学 基于流态的微灌灌水器抗堵流道的设计方法
CN101021881A (zh) * 2007-02-09 2007-08-22 中国农业大学 一种抗堵塞滴灌灌水器设计方法
CN101551828A (zh) * 2009-03-25 2009-10-07 西北农林科技大学 一种迷宫流道结构灌水器的抗堵塞流道结构设计方法
CN101667218A (zh) * 2009-10-22 2010-03-10 北京市水利科学研究所 削除流道内悬浮颗粒集聚位置的灌水器抗堵塞设计方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
滴灌滴头内流场的数值模拟及流道优化设计;孟桂祥等;《西安交通大学学报》;20040930;第38卷(第9期);920-924

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