CN112351660A - 一种低气动阻力蒙皮换热装置及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低气动阻力蒙皮换热装置的设计方法，当电子设备平台蒙皮表面存在压力梯度时，所述蒙皮换热装置的设计方法包括：S11：识别电子设备平台蒙皮表面的气压分布，完成平台蒙皮表面的局部正压区和负压区识别；S12：完成蒙皮换热器的引气口、排气口布局；S13：基于等流通截面原则，完成蒙皮换热器的流阻匹配；当电子设备平台蒙皮表面不存在压力梯度时，低气动阻力蒙皮换热器的设计方法包括：S21：完成电子设备平台蒙皮表面气流外掠区识别；S22：在气流稳定外掠区的蒙皮表面设置凹腔阵列结构，利用气流贴壁效应使凹腔内形成可有效换热的涡流。可以在不破坏平台整体气动外形的前提下，显著降低蒙皮换热器给电子设备平台带来的气动阻力。

Description

一种低气动阻力蒙皮换热装置及其设计方法
技术领域
本发明属于电子设备热管理技术领域，尤其涉及一种低气动阻力蒙皮换热装置及其设计方法。
背景技术
蒙皮换热是利用电子设备平台的蒙皮表面与外界环境进行热交换，实现平台内电子设备的散热，蒙皮换热器在结构上可与蒙皮共形，无需额外占用有效载荷空间，其原理简单，可靠性高。
当前，蒙皮换热器往往突出电子设备平台蒙皮表面，利用迎风截面引入环境大气进行换热，该方法简单有效，但是，突出表面的蒙皮换热器可能对平台的气动特性产生不利影响，尤其在快速运动工况，突出的蒙皮换热器将显著增加平台的气动阻力，这一特性也在很大程度上限制了蒙皮换热器的使用。
综上所述，有必要提出一种低气动阻力蒙皮换热装置及其设计方法，在不破坏平台气动外形的前提下，充分发挥蒙皮换热器的散热能力。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种低气动阻力蒙皮换热装置及其设计方法，利用电子设备平台表面气压分布特性与气流贴壁效应合理设计蒙皮换热结构，提出与平台蒙皮共形的、可高效引入环境大气的蒙皮换热方法与装置，充分发挥蒙皮换热器的散热能力，以最小的气动损失为平台提供更强的散热能力。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种低气动阻力蒙皮换热装置的设计方法，当电子设备平台蒙皮表面存在压力梯度时，所述蒙皮换热装置的设计方法包括：S11：识别电子设备平台蒙皮表面的气压分布，完成平台蒙皮表面的局部正压区和负压区识别；S12：完成蒙皮换热器的引气口、排气口布局；S13：基于等流通截面原则，完成蒙皮换热器的流阻匹配；当电子设备平台蒙皮表面不存在压力梯度时，低气动阻力蒙皮换热器的设计方法包括：S21：完成电子设备平台蒙皮表面气流外掠区识别；S22：在气流稳定外掠区的蒙皮表面设置凹腔阵列结构，利用气流贴壁效应使凹腔内形成可有效换热的涡流。
根据一个优选的实施方式，所述步骤S11具体包括：通过对电子设备平台在各运动工况下的蒙皮表面气压分布特性的测量，从而完成平台蒙皮表面的局部正压区和负压区识别。
根据一个优选的实施方式，所述步骤S12具体包括：将蒙皮换热器的引气口布置在局部正压区，将蒙皮换热器的排气口布置在局部负压区，并利用平台局部气压分布特性形成引排气通道。
根据一个优选的实施方式，所述步骤S13中的蒙蔽换热器的流阻匹配具体包括：基于蒙皮换热器的流阻特性与引排气口压差、引气流量、换热量的匹配需求，完成蒙皮换热器的入口过渡结构、出口过渡结构及换热器芯体的结构设置。
根据一个优选的实施方式，所述步骤S22中，凹腔阵列的结构参数基于散热需求设置。
根据一个优选的实施方式，凹腔阵列的具体设置方法包括：基于散热需求完成凹腔深度、凹腔宽度、凹腔长度以及总散热面积的设置。
一种低气动阻力蒙皮换热装置，当电子设备平台蒙皮表面存在压力梯度时，低气动阻力蒙皮换热装置包括：引气口、入口过渡结构、换热器芯体、出口过渡结构、排气口，其中引气口布局在平台蒙皮表面的局部正压区，排气口布局在平台蒙皮表面的局部负压区；当电子设备平台蒙皮表面不存在压力梯度时，低气动阻力蒙皮换热装置设置于蒙皮表面气流稳定外掠区，其结构具体包括：换热器热侧、凹腔阵列结构。
根据一个优选的实施方式，平台蒙皮表面的局部正压区和负压区为基于电子设备平台在各运动工况下的蒙皮表面气压分布特性的测量结果而识别得到。
根据一个优选的实施方式，所述蒙皮换热器的入口过渡结构、出口过渡结构及换热器芯体的结构设置为基于蒙皮换热器的流阻特性与引排气口压差、引气流量、换热量的匹配需求进行设置。
根据一个优选的实施方式，凹腔阵列的结构参数基于散热需求设置；凹腔阵列的具体设置方法包括：基于散热需求完成凹腔深度、凹腔宽度、凹腔长度以及总散热面积的设置。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：
(1)本发明公开了一种低气动阻力蒙皮换热装置的设计方法，利用该方法设计蒙皮换热结构，可以在不破坏平台整体气动外形的前提下，实现蒙皮换热器与电子设备平台蒙皮表面共形，显著降低蒙皮换热器给电子设备平台带来的气动阻力。
(2)本发明所述的蒙皮换热装置嵌入电子设备平台内，对平台的升力(方向为竖直向上，与气动阻力方向垂直)几乎没有影响，避免了传统外置式蒙皮换热装置显著影响平台升力的缺陷。
(3)本发明公开了一种低气动阻力蒙皮换热装置。该装置可与电子设备平台蒙皮承力结构共形，无需额外占用电子设备平台内的有效空间，通过合理设计蒙皮换热结构，可实现蒙皮换热器的结构特性与换热量、流阻等技术指标的匹配。
附图说明
图1是本发明低气动阻力蒙皮换热装置的设计方法的流程示意图；
图2是当电子设备平台蒙皮表面存在压力梯度时的低气动阻力蒙皮换热装置的侧视图；
图3是当电子设备平台蒙皮表面存在压力梯度时的低气动阻力蒙皮换热装置的立体图；
图4是当电子设备平台蒙皮表面不存在压力梯度时的低气动阻力蒙皮换热装置结构示意图；
图5低气动阻力蒙皮换热装置中凹腔阵列结构内的换热涡流示意图；
其中，1-引气口，2-入口过渡结构，3-换热器芯体，4-出口过渡结构，5-排气口，6-换热装置热侧，7-凹腔阵列结构。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
参考图1所示，本发明公开了一种低气动阻力蒙皮换热装置的设计方法，
优选地，当电子设备平台蒙皮表面存在压力梯度时，所述蒙皮换热装置的设计方法包括：
步骤S11：识别电子设备平台蒙皮表面的气压分布，完成平台蒙皮表面的局部正压区和负压区识别。
所述步骤S11具体包括：通过对电子设备平台在各运动工况下的蒙皮表面气压分布特性的测量，从而完成平台蒙皮表面的局部正压区和负压区识别。
步骤S12：完成蒙皮换热器的引气口、排气口布局。所述步骤S12具体包括：将蒙皮换热器的引气口布置在局部正压区，将蒙皮换热器的排气口布置在局部负压区，并利用平台局部气压分布特性形成引排气通道。
步骤S13：基于等流通截面原则，完成蒙皮换热器的流阻匹配。通过等流通截面设计原则，可以最大限度地减小局部流阻损失。
步骤S13中的蒙蔽换热器的流阻匹配具体包括：基于蒙皮换热器的流阻特性与引排气口压差、引气流量、换热量的匹配需求，完成蒙皮换热器的入口过渡结构、出口过渡结构及换热器芯体的结构设置。
优选地，当电子设备平台蒙皮表面不存在压力梯度时，低气动阻力蒙皮换热器的设计方法包括：
步骤S21：完成电子设备平台蒙皮表面气流外掠区识别。
步骤S22：在气流稳定外掠区的蒙皮表面设置凹腔阵列结构，利用气流贴壁效应使凹腔内形成可有效换热的涡流。
所述步骤S22中，凹腔阵列的结构参数基于散热需求设置。凹腔阵列的具体设置方法包括：基于散热需求完成凹腔深度、凹腔宽度、凹腔长度以及总散热面积的设置。
通过本发明公开的低气动阻力蒙皮换热装置的设计方法设计蒙皮换热结构，可以在不破坏平台整体气动外形的前提下，实现蒙皮换热器与电子设备平台蒙皮表面共形，显著降低蒙皮换热器给电子设备平台带来的气动阻力。
参考图2至图5所示，本发明还公开了一种低气动阻力蒙皮换热装置。
当电子设备平台蒙皮表面存在压力梯度时，低气动阻力蒙皮换热装置包括：引气口、入口过渡结构、换热器芯体、出口过渡结构、排气口，其中引气口布局在平台蒙皮表面的局部正压区，排气口布局在平台蒙皮表面的局部负压区。
优选地，平台蒙皮表面的局部正压区和负压区为基于电子设备平台在各运动工况下的蒙皮表面气压分布特性的测量结果而识别得到。
优选地，所述蒙皮换热器的入口过渡结构、出口过渡结构及换热器芯体的结构设置为基于蒙皮换热器的流阻特性与引排气口压差、引气流量、换热量的匹配需求进行设置。
当电子设备平台蒙皮表面不存在压力梯度时，低气动阻力蒙皮换热装置设置于蒙皮表面气流稳定外掠区，其结构具体包括：换热器热侧、凹腔阵列结构。
优选地，凹腔阵列的结构参数基于散热需求设置；凹腔阵列的具体设置方法包括：基于散热需求完成凹腔深度、凹腔宽度、凹腔长度以及总散热面积的设置。
本发明公开的低气动阻力蒙皮换热装置，该装置可与电子设备平台蒙皮承力结构共形，无需额外占用电子设备平台内的有效空间，通过合理设计蒙皮换热结构，可实现蒙皮换热器的结构特性与换热量、流阻等技术指标的匹配。
实施例
某低气动阻力蒙皮换热方法与装置如图1至图5所示。
分析电子设备平台在不同运动工况下的蒙皮表面气压分布特性，识别平台蒙皮表面的局部正压区、负压区、表面气流稳定外掠区，在本实例中，正压区位于蒙皮前缘后部区域，气流在蒙皮后段有明显的加速，形成了大面积的气流局部加速区(负压区)，正压区与负压区之间存在较大区域的表面气流稳定外掠区。
根据电子设备布局需求，选择蒙皮换热装置的结构形式：当电子设备平台蒙皮表面存在明显的压力梯度，且允许布局引排气口等过渡结构时，蒙皮换热器采用芯体结构如图2和图3；当电子设备平台允许布局引排气口等过渡结构时，蒙皮换热器采用凹腔阵列结构，如图4所示。
经过仿真计算，在快速运动工况，本发明所述的蒙皮换热器与外置式蒙皮换热器相比，前者附加的前向气动阻力仅为后者的10％～20％，换热能力为后者的30％～60％。
本发明的使用，避免了蒙皮换热器突出平台表面的布局所带来的气动外形变化，显著降低了附加气动损失，同时该类换热器具备可观的换热能力。此外，本发明所述的蒙皮换热器对电子设备平台的气动升力几乎没有影响。
前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低气动阻力蒙皮换热装置的设计方法，其特征在于，
当电子设备平台蒙皮表面存在压力梯度时，所述蒙皮换热装置的设计方法包括：
S11：识别电子设备平台蒙皮表面的气压分布，完成平台蒙皮表面的局部正压区和负压区识别；
S12：完成蒙皮换热器的引气口、排气口布局；
S13：基于等流通截面原则，完成蒙皮换热器的流阻匹配；
当电子设备平台蒙皮表面不存在压力梯度时，低气动阻力蒙皮换热器的设计方法包括：
S21：完成电子设备平台蒙皮表面气流外掠区识别；
S22：在气流稳定外掠区的蒙皮表面设置凹腔阵列结构，利用气流贴壁效应使凹腔内形成可有效换热的涡流。
2.如权利要求1所述的低气动阻力蒙皮换热装置的设计方法，其特征在于，所述步骤S11具体包括：通过对电子设备平台在各运动工况下的蒙皮表面气压分布特性的测量，从而完成平台蒙皮表面的局部正压区和负压区识别。
3.如权利要求1所述的低气动阻力蒙皮换热装置的设计方法，其特征在于，所述步骤S12具体包括：将蒙皮换热器的引气口布置在局部正压区，将蒙皮换热器的排气口布置在局部负压区，并利用平台局部气压分布特性形成引排气通道。
4.如权利要求1所述的低气动阻力蒙皮换热装置的设计方法，其特征在于，所述步骤S13中的蒙蔽换热器的流阻匹配具体包括：基于蒙皮换热器的流阻特性与引排气口压差、引气流量、换热量的匹配需求，完成蒙皮换热器的入口过渡结构、出口过渡结构及换热器芯体的结构设置。
5.如权利要求1所述的低气动阻力蒙皮换热装置的设计方法，其特征在于，所述步骤S22中，凹腔阵列的结构参数基于散热需求设置。
6.如权利要求5所述的低气动阻力蒙皮换热装置的设计方法，其特征在于，凹腔阵列的具体设置方法包括：基于散热需求完成凹腔深度、凹腔宽度、凹腔长度以及总散热面积的设置。
7.一种低气动阻力蒙皮换热装置，其特征在于，
当电子设备平台蒙皮表面存在压力梯度时，低气动阻力蒙皮换热装置包括：引气口、入口过渡结构、换热器芯体、出口过渡结构、排气口，其中引气口布局在平台蒙皮表面的局部正压区，排气口布局在平台蒙皮表面的局部负压区；
当电子设备平台蒙皮表面不存在压力梯度时，低气动阻力蒙皮换热装置设置于蒙皮表面气流稳定外掠区，其结构具体包括：换热器热侧、凹腔阵列结构。
8.如权利要求7所述的低气动阻力蒙皮换热装置，其特征在于，平台蒙皮表面的局部正压区和负压区为基于电子设备平台在各运动工况下的蒙皮表面气压分布特性的测量结果而识别得到。
9.如权利要求7所述的低气动阻力蒙皮换热装置，其特征在于，所述蒙皮换热器的入口过渡结构、出口过渡结构及换热器芯体的结构设置为基于蒙皮换热器的流阻特性与引排气口压差、引气流量、换热量的匹配需求进行设置。
10.如权利要求7所述的低气动阻力蒙皮换热装置，其特征在于，凹腔阵列的结构参数基于散热需求设置；
凹腔阵列的具体设置方法包括：基于散热需求完成凹腔深度、凹腔宽度、凹腔长度以及总散热面积的设置。
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