CN112414199B - 散热翅片构建方法及相关装置、散热翅片 - Google Patents

散热翅片构建方法及相关装置、散热翅片 Download PDF

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Abstract

本申请涉及散热设备技术领域，具体涉及散热翅片构建方法及相关装置、散热翅片，散热翅片构建方法包括：根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围设置多组结构参数组；分别获取各组结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降，并建立所述传热系数和气侧压降对结构参数的拟合关系；基于各组拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图及对应的等高线图；根据等高线图确定散热翅片的波幅和波长的优化区间，并根据该优化区间构建散热翅片。本申请能够提供散热翅片的更为合理的参数优化区间，进而在大幅提升散热翅片的散热性能的同时，还能够有效提高散热翅片的防堵性能，能够将散热及防堵性能同时发挥至最佳。

Description

散热翅片构建方法及相关装置、散热翅片
技术领域
本申请涉及散热设备技术领域，具体涉及散热翅片构建方法及相关装置、散热翅片。
背景技术
目前，为了满足散热需求的同时，又能避免在工作环境较差时散热翅片容易堵塞的问题，提出了一种散热翅片，而在构建散热翅片的过程中，如何获得其优化参数范围，是设计散热翅片的关键课题。
公开号为CN106716041B的专利文件中公开了在波纹散热翅片的各壁面交替地排列有倾斜角度为10度～60度的凸条和凹条，在将凸条和凹条的凹凸的高度设为Wh，将凹凸的间距设为Wp，将波纹散热翅片的间距设为Pf，将散热翅片的板厚设为Tf时，满足下述条件：
Wh≤0.3674Wp+1.893Tf-0.1584；0.088＜(Wh-Tf)/Pf＜0.342；aWp2+bWp+c＜Wh，其中，
a＝0.004Pf2-0.0696Pf+0.3642；
b＝-0.0036Pf2+0.0625Pf-0.5752；
c＝0.0007Pf2+0.1041Pf+0.2333。
虽然上述方式针对散热翅片作了相应的研究，但其研究中未考虑完整的关键因素。因此，亟需对散热翅片的各参数作更充分的研究，寻找更合理的优化方法和区间来构建性能更佳的散热翅片。
发明内容
本申请的目的在于针对如何寻找更合理的优化区间来构建性能更佳的散热翅片这一问题，提供一种散热翅片构建方法及相关装置、散热翅片。
为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：
本申请的一个方面提供一种散热翅片构建方法，所述方法包括：
根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组；
分别获取各组所述结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降，并建立所述传热系数和气侧压降对结构参数的拟合关系，以基于该拟合关系得到多组拟合结构参数组的性能数据；
基于各组所述拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图，并获取该性能图对应的等高线图；
根据所述等高线图确定所述散热翅片的波幅和波长的优化区间，并根据该优化区间确定所述散热翅片的波幅和波长关系式，以基于该波幅和波长关系式构建所述散热翅片。
可选的，所述基于各组所述拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图，并获取该性能图对应的等高线图，包括：
基于各组所述拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图，其中，该性能图中的各个点分别一对一表示各组拟合结构参数组的性能数据，所述性能数据包括传热系数和气侧压降；
在所述性能图中设置上边线，该上边线用于表示不同的气侧压降分别对应的最优传热系数；
将所述性能图按照所述上边线的距离展开以形成各组拟合结构参数组对应的性能云图；
按等高线将所述性能云图转换为对应的等高线图。
可选的，所述根据所述等高线图确定所述散热翅片的波幅和波长的优化区间，并根据该优化区间确定所述散热翅片的波幅和波长关系式，以基于该波幅和波长关系式构建所述散热翅片，包括：
根据所述等高线图确定所述散热翅片的波幅和波长的优化区间；
将不同风速下的两个优化区间合并后形成对应的合并优化区间，并将所述合并优化区间划分为上空间和下空间；
根据所述上空间内的边线确定第一波幅和波长关系式，并根据所述下空间内的边线确定第二波幅和波长关系式；
基于所述第一波幅和波长关系式，以及第二波幅和波长关系式求解得到所述散热翅片的波幅和波长的目标数值范围；
根据斜纹角度关于波长的性能等高线图确定的优化区间得到斜纹角度的目标数值范围；
应用所述散热翅片的波幅的目标数值范围、波长的目标数值范围和预获取的所述斜纹角度的目标数值范围构建所述散热翅片。
可选的，所述分别获取各组所述结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降，并建立所述传热系数和气侧压降对结构参数的拟合关系，以基于该拟合关系得到多组拟合结构参数组的性能数据，包括：
设定所述散热翅片物理模型中的散热翅片的散热带的高度、厚度及峰距的取值，并设定计算变量；
基于预设的CFD方式，根据所述散热翅片物理模型中的散热翅片的散热带的高度、厚度及峰距的取值，以及所述计算变量，分别计算得到各组所述结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降；
将所述传热系数和气侧压降对结构参数分别进行拟合，其中，所述结构参数包括：波长、波幅和斜纹角度；得到所述传热系数与气侧压降关于各个结构参数的拟合关系，以基于该拟合关系得到多组拟合结构参数组的性能数据。
可选的，在所述根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组之前，还包括：
接收散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，其中，所述斜纹角度的数值范围为10°-80°，所述波幅的数值范围为0.3mm-1.8mm，所述波长的数值范围为1mm-7mm。
可选的，所述根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组，包括：
应用预设的DOE方式，根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组。
本申请的另一个方面提供一种散热翅片构建装置，包括：
参数组构建模块，用于根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组；
拟合模块，用于分别获取各组所述结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降，并建立所述传热系数和气侧压降对结构参数的拟合关系，以基于该拟合关系得到多组拟合结构参数组的性能数据；
等高线图构建模块，用于基于各组所述拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图，并获取该性能图对应的等高线图；
关系式获取模块，用于根据所述等高线图确定所述散热翅片的波幅和波长的优化区间，并根据该优化区间确定所述散热翅片的波幅和波长关系式，以基于该波幅和波长关系式构建所述散热翅片。
本申请的第三个方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的散热翅片构建方法的步骤。
本申请的第四个方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的散热翅片构建方法的步骤。
本申请的第五个方面提供一种散热翅片，所述散热翅片包括至少两个在第一方向上排列的波纹片，相邻的两个所述波纹片之间相对设置，所述波纹片的长度在第二方向上延伸，在所述波纹片上形成有中心线在第三方向上延伸的波纹部，所述波纹部的横截面具有波峰和波谷；所述第一方向垂直于所述第二方向；
所述散热翅片满足以下关系式：
20°≤α≤40°；
A<-0.0138λ4+0.1911λ3-0.9145λ2+1.8944λ-0.5195；
A>0.0064λ4-0.1003λ3+0.589λ2-1.4138λ+1.6181；
其中，α为所述中心线与所述第二方向之间的角度；
A为所述波幅，即在第一方向上波峰与波谷之间的距离；
λ为所述波长，即在第四方向上相邻两个波峰之间的距离，所述第四方向垂直于所述第一方向和所述第三方向；
所述散热翅片应用散热翅片构建方法构建而得，所述散热翅片构建方法包括：
根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组；
分别获取各组所述结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降，并建立所述传热系数和气侧压降对结构参数的拟合关系，以基于该拟合关系得到多组拟合结构参数组的性能数据；
基于各组所述拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图，并获取该性能图对应的等高线图；
根据所述等高线图确定所述散热翅片的波幅和波长的优化区间，并根据该优化区间确定所述散热翅片的波幅和波长关系式，以基于该波幅和波长关系式构建所述散热翅片。
所述散热翅片结构的关系式，可更优的选择以下范围：
25°≤α≤35°；
A<-0.0203λ4+0.2875λ3-1.4377λ2+3.1033λ-1.5412；
A>0.0113λ4-0.1746λ3+0.9953λ2-2.3484λ+2.4373。
可选的，相邻两个所述波纹片中一个所述波纹片上的所述中心线与另一个所述波纹片上的所述中心线互为异面直线，且相邻两个所述波纹片上的所述中心线与所述第二方向之间所形成的锐角角度均为α。
可选的，所述波纹片还具有第二波纹部，所述第一波纹部与所述第二波纹部以垂直于所述第二方向的平面为对称面呈镜像对称。
可选的，所述波纹片还形成有平板部，在第五方向上两个所述第一波纹部与所述平板部的两端一一对应连接，所述平板部与所述第一方向垂直，所述第五方向垂直于所述第一方向和所述第二方向。
本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：
本申请所提供的散热翅片构建方法及相关装置、散热翅片，能够提供散热翅片的更为合理的参数优化区间，进而在大幅提升散热翅片的散热性能的同时，还能够有效提高散热翅片的防堵性能，能够将散热及防堵性能同时发挥至最佳。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例中的散热翅片的立体结构示意图；
图2A为本申请实施例中的散热翅片的主视图；
图2B为本申请实施例中的散热翅片的侧视图；
图3A为本申请实施例中的传统波浪翅片的立体结构示意图；
图3B为本申请实施例中的传统波浪翅片的俯视示意图；
图3C为本申请实施例中的传统波浪翅片的主视示意图；
图3D为本申请实施例中的传统波浪翅片的侧视示意图；
图4A为本申请实施例中的散热翅片的示意图；
图4B为本申请实施例中的波浪翅片的示意图；
图5A为本申请实施例中的散热翅片整体流线示意图；
图5B为本申请实施例中的波浪翅片整体流线示意图；
图6A为本申请实施例中散热翅片的截面流线图；
图6B为本申请实施例中波浪翅片的截面流线图；
图7为本申请实施例中的散热翅片构建方法的第一种流程示意图；
图8为本申请实施例中的散热翅片构建方法的第二种流程示意图；
图9为本申请实施例中的散热翅片构建方法中的步骤200的流程示意图；
图10为本申请实施例中的散热翅片构建方法中的步骤300的流程示意图；
图11A为本申请实施例中的波幅关于波长在4m/s风速下对应的性能图；
图11B为本申请实施例中的波幅关于波长在6.5m/s风速下对应的性能图；
图12A为本申请实施例中的波幅关于波长在4m/s风速下对应的性能云图；
图12B为本申请实施例中的波幅关于波长在6.5m/s风速下对应的性能云图；
图13A为本申请实施例中的波幅关于波长在4m/s风速下对应的性能等高线图；
图13B为本申请实施例中的波幅关于波长在6.5m/s风速下对应的性能等高线图；
图14A为本申请实施例中波幅关于波长在4m/s和6.5m/s风速下对应的优化区间图；
图14B为本申请实施例中波幅关于波长在4m/s和6.5m/s风速下对应的合并的优化区间图；
图15为本申请实施例中波幅关于波长的优化区间的上、下空间内的曲线的示意图；
图16A为本申请实施例中斜纹角度关于波长在4m/s风速下对应的性能等高线图；
图16B为本申请实施例中斜纹角度关于波长在6.5m/s风速下对应的性能等高线图；
图17为本申请实施例中斜纹角度关于波长在4m/s和6.5m/s风速下对应的参数优化区间；
图18为本申请实施例中波幅关于波长的第二参数优化区间的上、下空间曲线示意图；
图19为本申请实施例中斜波翅片的结构优化实施例一示意图；
图20为本申请实施例中斜波翅片的结构优化实施例二示意图；
图21A和图21B为本申请实施例中斜波翅片的结构优化实施例三示意图；
图22为本申请实施例中的散热翅片构建方法中的步骤400的流程示意图；
图23为本申请实施例中的散热翅片构建装置的结构示意图；
图5A、5B、6A、6B中阴影表示气体流速，图中阴影颜色越深说明气体流速越大。
图12A、12B中阴影表示性能能力，图中阴影颜色越深说明性能越好。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
本申请的中的散热翅片为斜波翅片，散热翅片的设置原理如下：
散热翅片的结构：通过折弯平板材料形成众多连续的几字形，包括上下底面和中间肋条，中间肋条上形成凹凸布置的条形结构，条形结构的中心线同上下底面形成夹角α，夹角α<90°，形成倾斜的波浪结构(以下简称斜波结构)。冷却空气通过斜波结构时，会从以下两方面提升散热性能：一、冷却空气经过斜波时会形成明显的二次流，使边界层分离，可以有效提升散热性能；二、斜波会将冷却空气往翅片根部引导，翅片根部是换热效率较高的一次换热面，所以也可以明显提升散热性能。且散热翅片仍旧是连续的翅片，其防堵性能同传统波浪翅片相当。
由于优化分析主要借助CFD进行，先进行CFD的分析精度确认。用传统波浪翅片制作3种不同结构参数的样件，在风洞中进行试验，测得的数据经过分析计算处理得到散热带的传热系数HA和冷侧压降ΔP；按这3种规格的散热带建立模型，进行CFD分析得到相应的传热系数HA和冷侧压降ΔP，同测试得到的传热系数HA和冷侧压降ΔP进行对比，结果参见表1，两者的差异在可接受范围内，所以用CFD分析方法优化是可行的。
表1
样件1 样件2 样件3
测试的HA 105.6 128.6 40.3
CFD分析的HA 106.8 130.1 41.2
HA偏差％ 1.1％ 1.2％ 2.2％
测试的ΔP 301.5 413.5 120.5
CFD分析ΔP 311.4 426.3 124.9
ΔP偏差％ 3.3％ 3.1％ 3.7％
要使散热翅片发挥应有的效果，对其关键结构对应各种不同的工况进行研究，定义优化的参数区间。根据散热翅片结构特点，关键结构的研究对象是斜纹角度α，波幅A和波长λ。及不同的应用工况：低风速4m/s和高风速6.5m/s。规划单变量研究所需分析的结构参数变化范围和数量，定义分析的边界，进一步完成相应的3D模型，借助CFD分析得到相应的换热性能指标，传热系数HA和压降ΔP。利用分析工具拟合传热系数HA和压降ΔP同各参数斜纹角度α，波幅A，波长λ的关系，为了进行下一步研究，拟合的残差需要达到一个很小的程度。利用拟合关系得到不同的参数组合下的传热系数HA和压降ΔP。将这些结构对应的传热系数HA和压降ΔP展示在坐标图上，可以从图上找到上边线，上边线对应的是不同参数结构在同ΔP下的最优HA表现。对这些参数进行研究，得到综合性能关于各参数的云图，将云图转化成等高线表达，可以直观的看到优化区间，选取合适的区间用上、下曲线表达该区域。
如图1至图2B所示的散热翅片，包括至少两个在第一方向上排列的波纹片100，相邻的两个波纹片100之间相对设置，所述波纹片100的长度在第二方向上延伸，在所述波纹片100上形成有中心线在第三方向上延伸的第一波纹部110，所述第一波纹部110的横截面具有波峰111和波谷112；所述第一方向垂直于所述第二方向；也就是说，本申请的散热翅片，通过折弯平板材料形成众多连续的几字形，包括上下底面和中间肋条，肋条上形成凹凸布置的波浪结构，波浪的中心线同上下底面形成夹角α。由于该翅片的形状是倾斜的波浪，所以简称斜波翅片。下面对本申请实施例中所提供的散热翅片的主要参数作介绍，图2A和图2B中，H表示散热翅片的高，W表示散热翅片的宽度，α表示斜纹角度；L表示散热翅片的长度，Fp表示散热翅片的峰距，T表示散热翅片的材料厚度，λ表示为散热翅片的波长，A表示散热翅片的波幅。实际应用中斜纹角度α，波长λ和波幅A为关键参数，决定了散热翅片的性能。
如图4A和图4B显示的散热翅片和波浪翅片的模型对比，散热翅片较普通波浪翅片性能有提高，主要体现在两个方面：一方面，如图5A和图5B显示的散热翅片和波浪翅片的整体流线图对比，冷却空气经过散热翅片后，会将冷却空气往翅片根部引导，该区域为一次换热面积，换热效率较高。另一方面，如图6A和图6B显示的散热翅片和波浪翅片的截面流线图对比，冷却空气经过波浪翅片时流线很整齐，冷却空气整体延着波浪翅片的形状移动，但散热翅片的流线要复杂得多，因为经过斜波时产生了明显的二次流，这可以加强换热。所以最终选择合适的散热翅片结构参数，可以提高5-10％的散热性能。散热翅片也需要合适的参数结构，下面对这些结构的关键参数进行研究。
基于上述内容，为了能够在大幅提升散热翅片的散热性能的同时，还能够有效提高散热翅片的防堵性能，本申请提供一种散热翅片构建方法的实施例，参见图7，所述散热翅片构建方法具体包含有如下内容：
步骤100：根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组。
在步骤100中，结构参数组的具体体现方式可以为基于结构参数形成的散热翅片物理模型。
可选的，所述结构参数组中的优化参数并不仅限于所述斜纹角度、波幅和波长，还可以根据实际情形进行添加或删减，在所述斜纹角度、波幅和波长的基础上，添加所述散热翅片的特性参数或进行参数删减，都应被理解为包含在本申请的保护范围之内。
步骤200：分别获取各组所述结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降，并建立所述传热系数和气侧压降对结构参数的拟合关系，以基于该拟合关系得到多组拟合结构参数组的性能数据。
在步骤200中，性能数据是指传热系数HA及气侧压降ΔP。
步骤300：基于各组所述拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图，并获取该性能图对应的等高线图。
步骤400：根据所述等高线图确定所述散热翅片的波幅和波长的优化区间，并根据该优化区间确定所述散热翅片的波幅和波长关系式，以基于该波幅和波长关系式构建所述散热翅片。
为了有效提高参数表的应用可靠性，以进一步提高散热翅片的散热性能和防堵性能，在本申请的散热翅片构建方法的一个实施例中，参见图8，所述散热翅片构建方法的步骤100之前还具体包含有如下内容：
步骤010：接收散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，其中，所述斜纹角度的数值范围为10°-80°，所述波幅的数值范围为0.3mm-1.8mm，所述波长的数值范围为1mm-7mm。
在步骤010中，散热翅片构建装置可以预先自授权的数据库中调取预设的散热翅片的斜纹角度α、波幅A和波长λ的数值范围，也可以直接获取用户经由预设的UI界面输入的参数。
在一种步骤010的具体举例中，可以根据散热翅片结构特点，关键结构的研究对象是斜纹角度α，波幅A和波长λ。选定合适的范围：散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，参见表2。
表2
变量 范围
角度α 10-80°
波幅A 0.3-1.8mm
波长λ 1-7mm
基于上述表2，为了有效提高散热翅片物理模型的应用可靠性和准确性，以进一步提高散热翅片的散热性能和防堵性能，在本申请的散热翅片构建方法的一个实施例中，所述散热翅片构建方法的步骤100具体包含有如下内容：
步骤110：应用预设的DOE方式，根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组。
在步骤110中，利用试验设计DOE(DESIGN OF EXPERIMENT)方法在设置的变化范围里设定优化参数，在一种举例中，具体可以设置45种组合的优化参数。
为了进一步提高散热翅片的散热性能和防堵性能，在本申请的散热翅片构建方法的一个实施例中，参见图9，所述散热翅片构建方法的步骤200具体包含有如下内容：
步骤210：设定所述散热翅片物理模型中的散热翅片的散热带的高度、厚度及峰距的取值，并设定计算变量。
在步骤210中，可以预先定义散热带高度H为7.8mm，厚度T为0.12mm。峰距Fp可以设定典型的4和5.35，设定计算边界：管子壁面恒温90℃，冷风温度30℃，冷风风量典型的4，6.5m/s。
步骤220：基于预设的CFD方式，根据所述散热翅片物理模型中的散热翅片的散热带的高度、厚度及峰距的取值，以及所述计算变量，分别计算得到各组所述结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降。
在步骤220中，可以通过预设的流体动力学计算CFD分析得到传热系数HA和气侧压降ΔP。
步骤230：将所述传热系数和气侧压降对结构参数分别进行拟合，其中，所述结构参数包括：波长、波幅和斜纹角度；得到所述传热系数与气侧压降关于各个结构参数的拟合关系，以基于该拟合关系得到多组拟合结构参数组的性能数据。
其中，具体为将传热系数HA和气侧压降ΔP，对波长λ，波幅A，斜纹角度α等结构参数分别进行拟合，本案例中列出的结构参数大于1000组。
在步骤230中，可以通过预设的分析工具进行拟合传热系数HA同气侧压降ΔP关于各参数的关系。拟合精度要求残差达到传热系数HA<2％，气侧压降ΔP<5％。
为了有效提高散热翅片的参数优化空间的准确性及有效性，以进一步提高散热翅片的散热性能和防堵性能，在本申请的散热翅片构建方法的一个实施例中，参见图10，所述散热翅片构建方法的步骤300具体包含有如下内容：
步骤310：基于各组所述拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图，其中，该性能图中的各个点分别一对一表示各组拟合结构参数组的性能数据，所述性能数据包括传热系数和气侧压降。
具体来说，用拟合关系得到各参数下的传热系数HA同气侧压降ΔP，画出各参数下的性能图如图11A和图11B。图11A和图11B中，各个点表示不同参数结构下的性能，包括传热系数HA和气侧压降ΔP。相同的横坐标下，对应不同的参数结构有不同的传热系数HA。
步骤320：在所述性能图中设置上边线，该上边线用于表示不同的气侧压降分别对应的最优传热系数。
具体来说，在图11A和图11B中传热系数HA越大说明换热性能越好，也即图11A和图11B中的上边线是对应不同气侧压降ΔP的最优的传热系数HA。
步骤330：将所述性能图按照所述上边线的距离展开以形成各组拟合结构参数组对应的性能云图。
具体来说，将图谱按同上边线的距离展开得到各参数对应的性能云图，如图12A和图12B。将该图12A和图12B按等高线画出，得到图13A和图13B，可以具体的看到明显的优化区间。
步骤340：按等高线将所述性能云图转换为对应的等高线图。
为了进一步提高散热翅片的参数优化空间的准确性及有效性，以进一步提高散热翅片的散热性能和防堵性能，在本申请的散热翅片构建方法的一个实施例中，将风速4m/s风速下得到的波幅的关于波长的优化区间，和6.5m/s风速下得到的优化区间合并，参见图22，所述散热翅片构建方法的步骤400具体包含有如下内容：
步骤410：根据所述等高线图确定所述散热翅片的波幅和波长的优化区间；
步骤420：将不同风速下的两个优化区间合并后形成对应的合并优化区间。
可以理解的是，图14A中，点划线表示的是4m/s风速下的优化区间，虚线表示的是6.5m/s风速下的优化区间，将两者合并后形成图14B中的合并优化区间。
步骤430：将所述合并优化区间划分为上空间和下空间；
步骤440：根据所述上空间内的边线确定第一波幅和波长关系式，并根据所述下空间内的边线确定第二波幅和波长关系式；
具体来说，将图14A中4m/s风速下的优化区间和6.5m/s风速下的优化区间中合适的区间合并得到图14B中合并优化区间。将14B中合并优化区间分成上、下边线来表达波幅A相应于波长λ的关系得到图15。图15即是散热翅片优化区间的参数化表达。
其中，第一波幅和波长关系式如下：
A<-0.0138λ4+0.1911λ3-0.9145λ2+1.8944λ-0.5195；
第二波幅和波长关系式如下：
A>0.0064λ4-0.1003λ3+0.589λ2-1.4138λ+1.6181。
步骤450：基于所述第一波幅和波长关系式，以及第二波幅和波长关系式求解得到所述散热翅片的波幅和波长的目标数值范围。
步骤460：根据斜纹角度关于波长的性能等高线图确定的优化区间得到斜纹角度的目标数值范围：20°<α<40°。
具体为：图16A和图16B是斜纹角度关于波长的性能等高线图，则确定的优化区间如图17，根据优化区间图，可以得到斜纹角度的要求：20°<α<40°。
进一步的，第二优化区间，如图18：
25°<α<35°；
A<-0.0203λ4+0.2875λ3-1.4377λ2+3.1033λ-1.5412；
A>0.0113λ4-0.1746λ3+0.9953λ2-2.3484λ+2.4373。
步骤470：应用所述散热翅片的波幅的目标数值范围、波长的目标数值范围和预获取的所述斜纹角度的目标数值范围构建所述散热翅片。
本研究是针对翅片高度7.8mm做的研究，做了进一步分析后发现其它高度也符合该规律。
斜波翅片结构可以进行优化，以下是部分优化实施案例，这些案例同样符合上述结构参数优化范围：
结构优化一，如图19，相邻两个所述波纹片100中一个所述波纹片100上的所述中心线与另一个所述波纹片100上的所述中心线互为异面直线，且相邻两个所述波纹片100上的所述中心线与所述第二方向之间所形成的锐角角度均为α。
结构优化二，如图20，所述波纹片100还具有第二波纹部120，所述第一波纹部110与所述第二波纹部120以垂直于所述第二方向的平面为对称面呈镜像对称。
结构优化三，如图21A和图21B，所述波纹片100还形成有平板部130，在第五方向上两个所述第一波纹部与所述平板部130的两端一一对应连接，所述平板部130与所述第一方向垂直，所述第五方向垂直于所述第一方向和所述第二方向。
从软件层面来说，为了能够在大幅提升散热翅片的散热性能的同时，还能够有效提高散热翅片的防堵性能，本申请提供一种用于实现散热翅片构建方法中全部或部分内容的散热翅片构建装置的实施例，参见图23，所述散热翅片构建装置具体包含有如下内容：
参数组构建模块10，用于根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组。
拟合模块20，用于分别获取各组所述结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降，并建立所述传热系数和气侧压降对结构参数的拟合关系，以基于该拟合关系得到多组拟合结构参数组的性能数据。
等高线图构建模块30，用于基于各组所述拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图，并获取该性能图对应的等高线图。
关系式获取模块40，用于根据所述等高线图确定所述散热翅片的波幅和波长的优化区间，并根据该优化区间确定所述散热翅片的波幅和波长关系式，以基于该波幅和波长关系式构建所述散热翅片。
本说明书提供的散热翅片构建装置的实施例具体可以用于执行上述散热翅片构建方法的实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述散热翅片构建方法实施例的详细描述。
从上述描述可知，本申请实施例提供的散热翅片构建装置，能够提供一种散热翅片的更为合理的参数优化区间，进而在大幅提升散热翅片的散热性能的同时，还能够有效提高散热翅片的防堵性能，能够将散热及防堵性能同时发挥至最佳。
从硬件层面来说，为了能够在大幅提升散热翅片的散热性能的同时，还能够有效提高散热翅片的防堵性能，本申请提供一种用于实现所述散热翅片构建方法中的全部或部分内容的电子设备的实施例，所述电子设备具体包含有如下内容：
处理器、存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述通信接口用于实现散热翅片构建装置与各类数据库、核心系统、其他相关服务器、控制器、散热翅片生产设备以及用户终端等相关设备之间的信息传输；该电子设备可以是台式计算机、平板电脑及移动终端等，本实施例不限于此。在本实施例中，该电子设备可以参照实施例中的散热翅片构建方法的实施例，以及，散热翅片构建装置的实施例进行实施，其内容被合并于此，重复之处不再赘述。
一实施例中，散热翅片构建功能可以被集成到处理器中。其中，处理器可以被配置为进行如下控制：
步骤100：根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组。
步骤200：分别获取各组所述结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降，并建立所述传热系数和气侧压降对结构参数的拟合关系，以基于该拟合关系得到多组拟合结构参数组的性能数据。
步骤300：基于各组所述拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图，并获取该性能图对应的等高线图。
步骤400：根据所述等高线图确定所述散热翅片的波幅和波长的优化区间，并根据该优化区间确定所述散热翅片的波幅和波长关系式，以基于该波幅和波长关系式构建所述散热翅片。
从上述描述可知，本申请实施例提供的电子设备，能够提供一种散热翅片的更为合理的参数优化区间，进而在大幅提升散热翅片的散热性能的同时，还能够有效提高散热翅片的防堵性能，能够将散热及防堵性能同时发挥至最佳。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的散热翅片构建方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的执行主体为服务器或客户端的散热翅片构建方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
步骤100：根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组。
步骤200：分别获取各组所述结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降，并建立所述传热系数和气侧压降对结构参数的拟合关系，以基于该拟合关系得到多组拟合结构参数组的性能数据。
步骤300：基于各组所述拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图，并获取该性能图对应的等高线图。
步骤400：根据所述等高线图确定所述散热翅片的波幅和波长的优化区间，并根据该优化区间确定所述散热翅片的波幅和波长关系式，以基于该波幅和波长关系式构建所述散热翅片。
从上述描述可知，本申请实施例提供的计算机可读存储介质，能够提供一种散热翅片的更为合理的参数优化区间，进而在大幅提升散热翅片的散热性能的同时，还能够有效提高散热翅片的防堵性能，能够将散热及防堵性能同时发挥至最佳。
基于上述实施例提及的散热翅片构建方法、散热翅片构建装置、电子设备或计算机可读存储介质，可以获得散热翅片的更为合理的参数优化区间，而后根据该参数优化区间求解得到所述散热翅片的波幅和波长的目标数值范围；可以将该所述散热翅片的波幅的目标数值范围、波长的目标数值范围发送至自动化的散热翅片生产设备，以使该散热翅片生产设备生产得到符合所述波幅的目标数值范围、波长的目标数值范围的散热翅片。
基于此，为了能够在大幅提升散热翅片的散热性能的同时，还能够有效提高散热翅片的防堵性能，本申请还提供一种应用上述散热翅片构建方法、散热翅片构建装置、电子设备或计算机可读存储介质构建得到的散热翅片，所述散热翅片的具体结构为：
至少两个在第一方向上排列的波纹片100，相邻的两个波纹片100之间相对设置，所述波纹片100的长度在第二方向上延伸，在所述波纹片100上形成有中心线在第三方向上延伸的第一波纹部110，所述第一波纹部110的横截面具有波峰111和波谷112；所述第一方向垂直于所述第二方向；
所述散热翅片满足以下关系式：
20°≤α≤40°；
A<-0.0138λ4+0.1911λ3-0.9145λ2+1.8944λ-0.5195；
A>0.0064λ4-0.1003λ3+0.589λ2-1.4138λ+1.6181；其中，α为所述中心线与所述第二方向之间的角度；
A为所述波幅，即在第一方向上波峰与波谷之间的距离；
λ为所述波长，即在第四方向上相邻两个波峰之间的距离，所述第四方向垂直于所述第一方向和所述第三方向。
本申请所提供的散热翅片，通过对关键参数中心线与第二方向之间的角度α、波幅A和波长λ的设计，使散热翅片在满足防堵性的前提下，在一定幅度上提升了散热能力，进而满足目前对散热翅片的性能的要求。
也就是说，散热翅片的结构：平板材料通过折弯形成众多连续的几字形，包括上下底面和中间肋条，肋条上形成凹凸布置的波浪结构，波浪的中心线同上下底面形成夹角α，冷却空气在经过肋条的倾斜的波浪时，会产生两方面效果：1.会有明显的二次流强化换热；2.会将冷却空气往换热效率更高的翅片根部引导也能增强换热。
其中的参数范围为：斜纹角度20°≤α≤40°，波幅应该满足同波长的关系：A<-0.0138λ4+0.1911λ3-0.9145λ2+1.8944λ-0.5195；A>0.0064λ4-0.1003λ3+0.589λ2-1.4138λ+1.6181，该区域是优化参数区间。
另外，本申请实施例所提供的散热翅片在使用时，第一波纹部110会将冷却空气往翅片根部引导，也就是将冷空气往第一底片和第二底片处引导，翅片根部是换热效率较高的一次换热面，所以也可以明显提升散热性能。且散热翅片仍旧是连续的翅片，其防堵性能同传统波浪翅片相当。
可选地，本申请实施例所提供的散热翅片，包括第一底片300和第二底片200，在第五方向上所述波纹片100的一端与所述第一底片300连接，所述波纹片100的另一端与所述第二底片200连接，所述第一波纹部110延伸至所述第一底片300和所述第二底片200，所述第五方向垂直于所述第一方向和所述第二方向。冷却空气经过倾斜的波浪会在延原先流动方向的基础上，一部分空气往斜波倾斜的方向发展，形成涡旋。多方向的流动状态会增强翅片表面的换热强度，同时更容易将杂质，积灰等带走。提高散热和防堵性能；另一方面冷空气能够被第一波纹部110直接导向至根部，即气流直接导向至第一底片300和第二底片200处，进而达到直接、快速并充分换热，进一步提高散热翅片的散热性能。
可选地，在所述第一方向上所述第一底片300与所述第二底片200的尺寸相同。这使得相邻波纹片100之间的间隙大小基本相同，使冷空气能够更加均匀的分布在各波纹片100之间，进而散热翅片的各部位均能够获得较理想的散热效果。
可选地，所述第一波纹部110有至少两个，各所述第一波纹部110在所述第二方向上排列。多个第一波纹部110能够使对冷空气的引导的作用更加充分，使散热翅片获得更好的散热效果。
可选地，在第一方向上相邻两个所述波纹片100上的第一波纹部110的位置相对应。这使得波纹片100上的第一波纹部110排列更加规则，便于冲压成型。
本申请的另一个方面提供一种换热器，包括上述本申请实施例所提供的散热翅片。
本申请所提供的换热器，采用了本申请所提供的散热翅片，通过对关键参数中心线与第二方向之间的角度α、波幅A和波长λ的设计，使散热翅片在满足防堵性的前提下，在一定幅度上提升了散热能力，进而满足目前对散热翅片的性能的要求。
基于上述内容，对散热翅片进行性能提升的验证，制作5个样件，所用的散热带分别是1种传统波浪翅片、优化区间等高线上3种参数的斜波翅片和1种优化区间外的斜波翅片。在风洞试验台中进行对比试验，结果显示：1)斜波翅片较传统翅片有明显性能提升，2)且结构参数在优化区间内的斜波翅片有更优的性能，3)优化区间等高线上的3种结构参数的斜波翅片样件且有相同的性能(略有差异是试验误差导致)。案例对比参见表3：
表3
Figure GDA0003273069600000131
Figure GDA0003273069600000141
图3A至图3D中为传统波浪翅片的结构示意图，为更方便的对传统波浪翅片与本申请实施例所提供的散热翅片做对比研究，图3A至图3D中所示的传统波浪翅片的各主要参数做如下选择：H表示传统波浪翅片的高，W表示传统波浪翅片的宽度，α表示传统波浪翅片的斜纹角度；L表示传统波浪翅片的长度，Fp表示传统波浪翅片的峰距，T表示传统波浪翅片的材料厚度，λ表示传统波浪翅片的波长，A表示传统波浪翅片的波幅。
公开号为CN106716041B的专利文件中虽然对新型的散热翅片作了相应的研究，但仍需充分研究，但仍然存在如下问题：
1)上述专利文件中，优化参数为散热量比Q>100％，仍需要再研究参数的最优解；
2)仍需要提出清晰的性能优化梯度；
3)上述专利文件中的分析未研究不同冷却空气下的性能表现；
4)上述专利文件中的分析未研究斜纹角度对性能的影响；
5)上述专利文件中的提出科学的研究方法。
而采用本申请实施例所提供的技术方案，则能够解决上述专利文件中存在的上述技术问题。
在本公开中，所公开的方法可被实施为由设备执行的操作。另外，应当理解，本发明所公开的方法中的步骤的特定顺序或分级结构为样本方法的实例。在其他实施例中，当保持在本发明所公开的主题内时，可重新布置方法中的步骤的特定顺序或分级结构。所附方法权利要求呈现样本顺序中的各种步骤的元素，并且并不一定意味着局限于所呈现的特定顺序或分级结构。据信，通过前述描述将理解本公开及其所附的许多优点，并且将显而易见的是可在不脱离本发明所公开的主题或不牺牲所有其材料优势的情况下在部件的形式、结构和布置上作出各种修改。所描述的形式仅仅是说明性的，并且以下权利要求书旨在涵盖和包括此类修改。
在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。

Claims (15)

1.散热翅片构建方法，其特征在于，所述方法包括：
根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组；
分别获取各组所述结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降，并建立所述传热系数和气侧压降对结构参数的拟合关系，以基于该拟合关系得到多组拟合结构参数组的性能数据；
基于各组所述拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图，并获取该性能图对应的等高线图；
根据所述等高线图确定所述散热翅片的波幅和波长的优化区间，并根据该优化区间确定所述散热翅片的波幅和波长关系式，以基于该波幅和波长关系式构建所述散热翅片。
2.根据权利要求1所述的散热翅片构建方法，其特征在于，所述基于各组所述拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图，并获取该性能图对应的等高线图，包括：
基于各组所述拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图，其中，该性能图中的各个点分别一对一表示各组拟合结构参数组的性能数据，所述性能数据包括传热系数和气侧压降；
在所述性能图中设置上边线，该上边线用于表示不同的气侧压降分别对应的最优传热系数；
将所述性能图按照所述上边线的距离展开以形成各组拟合结构参数组对应的性能云图；
按等高线将所述性能云图转换为对应的等高线图。
3.根据权利要求1所述的散热翅片构建方法，其特征在于，所述根据所述等高线图确定所述散热翅片的波幅和波长的优化区间，并根据该优化区间确定所述散热翅片的波幅和波长关系式，以基于该波幅和波长关系式构建所述散热翅片，包括：
根据所述等高线图确定所述散热翅片的波幅和波长的优化区间；
将不同风速下的两个优化区间合并后形成对应的合并优化区间，并将所述合并优化区间划分为上空间和下空间；
根据所述上空间内的边线确定第一波幅和波长关系式，并根据所述下空间内的边线确定第二波幅和波长关系式；
基于所述第一波幅和波长关系式，以及第二波幅和波长关系式求解得到所述散热翅片的波幅和波长的目标数值范围；
根据斜纹角度关于波长的性能等高线图确定的优化区间得到斜纹角度的目标数值范围；
应用所述散热翅片的波幅的目标数值范围、波长的目标数值范围和预获取的所述斜纹角度的目标数值范围构建所述散热翅片。
4.根据权利要求1所述的散热翅片构建方法，其特征在于，所述分别获取各组所述结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降，并建立所述传热系数和气侧压降对结构参数的拟合关系，以基于该拟合关系得到多组拟合结构参数组的性能数据，包括：
设定散热翅片物理模型中的散热翅片的散热带的高度、厚度及峰距的取值，并设定计算变量；
基于预设的CFD方式，根据所述散热翅片物理模型中的散热翅片的散热带的高度、厚度及峰距的取值，以及所述计算变量，分别计算得到各组所述结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降；
将所述传热系数和气侧压降对结构参数分别进行拟合，其中，所述结构参数包括：波长、波幅和斜纹角度；得到所述传热系数与气侧压降关于各个结构参数的拟合关系，以基于该拟合关系得到多组拟合结构参数组的性能数据。
5.根据权利要求1所述的散热翅片构建方法，其特征在于，在所述根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组之前，还包括：
接收散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，其中，所述斜纹角度的数值范围为10°-80°，所述波幅的数值范围为0.3mm-1.8mm，所述波长的数值范围为1mm-7mm。
6.根据权利要求1所述的散热翅片构建方法，其特征在于，所述根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组，包括：
应用预设的DOE方式，根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组。
7.散热翅片构建装置，其特征在于，包括：
参数组构建模块，用于根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组；
拟合模块，用于分别获取各组所述结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降，并建立所述传热系数和气侧压降对结构参数的拟合关系，以基于该拟合关系得到多组拟合结构参数组的性能数据；
等高线图构建模块，用于基于各组所述拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图，并获取该性能图对应的等高线图；
关系式获取模块，用于根据所述等高线图确定所述散热翅片的波幅和波长的优化区间，并根据该优化区间确定所述散热翅片的波幅和波长关系式，以基于该波幅和波长关系式构建所述散热翅片。
8.电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至6任一项所述的散热翅片构建方法。
9.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述的散热翅片构建方法。
10.散热翅片，其特征在于，所述散热翅片应用权利要求1-6中任意一项所述的散热翅片构建方法构建而得，所述散热翅片包括至少两个在第一方向上排列的波纹片，相邻的两个所述波纹片之间相对设置，所述波纹片的长度在第二方向上延伸，在所述波纹片上形成有中心线在第三方向上延伸的第一波纹部，所述第一波纹部的横截面具有波峰和波谷；所述第一方向垂直于所述第二方向；
所述散热翅片满足以下关系式：
20°≤α≤40°；
A<-0.0138λ4+0.1911λ3-0.9145λ2+1.8944λ-0.5195；
A>0.0064λ4-0.1003λ3+0.589λ2-1.4138λ+1.6181；
其中，α为所述中心线与所述第二方向之间的角度；
A为所述波幅，即在第一方向上波峰与波谷之间的距离；
λ为所述波长，即在第四方向上相邻两个波峰之间的距离，所述第四方向垂直于所述第一方向和所述第三方向。
11.根据权利要求10所述的散热翅片，其特征在于，所述散热翅片应用散热翅片构建方法构建而得，其中，所述散热翅片构建方法包括：
根据预设的散热翅片的斜纹角度、波幅和波长的数值范围，设置多组结构参数组；
分别获取各组所述结构参数组各自对应的传热系数与气侧压降，并建立所述传热系数和气侧压降对结构参数的拟合关系，以基于该拟合关系得到多组拟合结构参数组的性能数据；
基于各组所述拟合结构参数组的性能数据生成对应的性能图，并获取该性能图对应的等高线图；
根据所述等高线图确定所述散热翅片的波幅和波长的优化区间，并根据该优化区间确定所述散热翅片的波幅和波长关系式，以基于该波幅和波长关系式构建所述散热翅片。
12.根据权利要求10所述的散热翅片，其特征在于，所述散热翅片满足以下关系式：
25°≤α≤35°；
A<-0.0203λ4+0.2875λ3-1.4377λ2+3.1033λ-1.5412；
A>0.0113λ4-0.1746λ3+0.9953λ2-2.3484λ+2.4373。
13.根据权利要求10所述的散热翅片，其特征在于，相邻两个所述波纹片中一个所述波纹片上的所述中心线与另一个所述波纹片上的所述中心线互为异面直线，且相邻两个所述波纹片上的所述中心线与所述第二方向之间所形成的锐角角度均为α。
14.根据权利要求10所述的散热翅片，其特征在于，所述波纹片还具有第二波纹部，所述第一波纹部与所述第二波纹部以垂直于所述第二方向的平面为对称面呈镜像对称。
15.根据权利要求10所述的散热翅片，其特征在于，所述波纹片还形成有平板部，在第五方向上两个所述第一波纹部与所述平板部的两端一一对应连接，所述平板部与所述第一方向垂直，所述第五方向垂直于所述第一方向和所述第二方向。
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