CN117672999A - 一种带涡流发生器和重入腔的微通道散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带涡流发生器和重入腔的微通道散热装置,该装置主要由热源1、盖板2、涡流发生器3、带有重入腔的微通道底板4组成。其主要特征有：具有良好导热性的涡流发生器可以产生涡流，提高流体混合，还能够强化换热能力，保证良好的流动阻力特性，并有效增强冷却介质的混合和传热效果。盖板与通道底板通过钎焊相连，提高整体密封性；同时在矩形直通道两侧壁面上设计了重入腔结构，其作用为补偿压降与改善流动性能。本发明结构紧凑、换热能力好、功能明确，在强化传热和降低压降的同时，有效提升热源温度的均匀性，可解决高热流密度芯片、发热电子器件等的散热问题。
Description
技术领域
本发明提出一种带涡流发生器的微通道散热装置，属于传热领域，可用于诸如电子芯片、高功率LED高发热设备的冷却。
背景技术
随着微电子制造业和电子封装的不断进步，电子元器件的高度集成导致高功耗电子元件会产生更多的热量集中。电子元器件过热会造成诸多不良影响，降低电子元器件可靠性和寿命，所以针对电子元器件的散热至关重要。微通道冷却技术具有结构紧凑、对流换热面积大、重量轻等优点，近年来对于微通道热沉的研究主要集中在歧管、针肋、嵌入体等方面，这些方式虽然可以增强传热，但是压降损失巨大。
针对上述问题，提出了一种带涡流发生器的微通道散热装置，在兼顾散热的同时，考虑了压降的影响，涡流发生器与重入腔之间合理的配合可以获得更好的传热性能并且减少压降损失。散热装置均由金属制成，具有高导热特性，能够强化散热性能，提高换热极限。
发明内容
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：本发明关于一种带涡流发生器和重入腔的微通道散热装置,主要组成部分为：热源、盖板、涡流发生器、含重入腔的通道底板组成，具体示意图如图1图2所示。
盖板与通道底板通过钎焊进行密封连接。冷却液从底板冷却液入口流入，经过涡流发生器与重入腔组合通道，冷却液出口流出，形成完整液冷回路，实现液冷换热。其中，涡流发生器与重入腔之间合理的配合，实现进一步增强换热。在强化传热和降低压降的同时，有效提升热源温度的均匀性，提高散热性能，可解决高热流密度芯片、发热电子器件等的散热问题，提高其稳定性、可靠性和使用寿命。
优选地，本发明中盖板，涡流发生器，重入腔通道底板材料为金属，以实现减少界面热阻的目的，所采用的材料为高导热金属材料为铝。
优选地，本发明中所述重入腔通道底板的制造，采用铣床加工或者铸造的方式；涡流发生器和盖板的制造方式为铣床加工。
优选地，本发明中所述涡流发生器中的形状为矩形；重入腔的形状可以为菱形，椭圆形等多边形，在两侧形成入口通道和出口通道。
优选地，为本发明中所述通道底板中的涡流发生器引入三个参数，分别为涡流发生器相对位置α、涡流发生器横向间距β、涡流发生器相对高度δ。
优选地，涡流发生器相对位置α被定义为涡流发生器几何中心到重入腔通道上端点之间的纵向距离（d）与涡流发生器长度(a)的比值，本发明α=0.2。
优选地，涡流发生器横向间距β被定义为对称涡流发生器之间的横向距离（L）与涡流发生器宽度(b)的比值，本发明β=0.5。
优选地，涡流发生器相对高度δ被定义为整个涡流发生器的高度（Hr）与通道高度（Hc）比值，本发明δ=0.6。
优选地，本发明中所述通道底板中的涡流发生器倾斜角为5°。
优选地，本发明中所述微通道通入的冷却介质选择去离子水。
优选地，本发明中所述重入腔通道底板和盖板之间的相互连接的面要保证光滑平整，通过销定位后可采用焊接的方式或螺栓机械连接。
附图说明
图1 是本发明的一个实施例整体示意图。
图2 是本发明的一个实施例的结构示意图。
图3 是本发明的涡流发生器示意图。
图4 是本发明的重入腔通道示意图。
图5是本换热器热源面温度分布云图。
图6是传统直矩形通道热源面温度分布云图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进一步详细说明。此处说明若涉及到具体实例时仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
本实施例中所述的是一种带涡流发生器和重入腔的微通道散热装置，如图1所示。其结构示意图如图2所示。由此可以看出，本发明主要由盖板（2）、涡流发生器（3）、含重入腔的通道底板（4）组成。
实例中盖板（2）、涡流发生器（3）、含重入腔的通道底板（4）所选用的材料为金属，本实例中选择铝，利用铣床加工或铸造的方法。
实例中的涡流发生器（3）整体尺寸为2x0.4x0.6mm，倾斜角为5°。高度范围在0.5mm到1mm之间，倾斜角范围在5°到20°之间。如图3所示，其制作方法是利用铣床铣出整体轮廓。
实例中的重入腔通道底板（4）整体尺寸为60x45x1mm，如图4所示，其制作方法是利用铣床铣出多条重入腔通道，通道最宽处3mm，最窄处2.4mm,深1mm，相邻间通道之间距离为1.5mm。利用铣床在底板两侧铣出两个直径为4mm的通孔，分别为进水口和出水口。
实例中涡流发生器的尺寸和涡流发生器与重入腔通道之间的合理位置均会影响整体散热装置的冷却性能。据多次仿真实验得出，涡流发生器相对位置α=0.2，涡流发生器横向间距β=0.5，涡流发生器相对高度δ=0.6，倾斜角为5°，散热性能优越，压降升高缓慢。
经过fluent仿真模拟，在模拟电子设备热流密度为1.5×107W/m3时,以去离子水为冷却工质流入散热装置中对电子设备进行冷却,由仿真数据可得：本散热装置中热源面最高为44.56°C，最低温为30.03°C，压降为6475.59Pa传统换热器中热源面最高温为60.11°C，最低温为36.66°C，压降为5611.35Pa;相比于传统直矩形通道换热器，本换热器散热性能提升34.89％，压降仅升高15.4％。
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，在本技术领域的普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明构思的前提下，可以做若干改进和变化，但这些改进和变化应视为被发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种带涡流发生器和重入腔的微通道散热装置，其特征在于，散热装置包括热源、盖板，涡流发生器，带有重入腔的微通道底板；各结构层依次叠置，通过粘合、烧结、焊接或部分机加工组成整个散热器。
2.根据权利要求1所述的一种带涡流发生器和重入腔的微通道散热装置，其特征在于，所述热源位于盖板的顶部，盖板与带有重入腔的微通道底板相连，出入水口与带有重入腔的微通道底板的主流道区相连通。
3.根据权利要求1所述的一种带涡流发生器和重入腔的微通道散热装置，其特征在于，涡流发生器位于底板腔体的正中央，高度范围在0.5mm到1mm之间，倾斜角范围在5°到20°之间，涡流发生器与重入腔之间配合能够产生大量涡流，进一步提高流体混合，增强换热性能。
4.根据权利要求1所述的一种带涡流发生器和重入腔的微通道散热装置，其特征在于，所述带有重入腔的微通道在矩形直通道两侧壁面上设计了多边形腔体结构，重入腔有助于补偿压降，促进流体混合，进一步强化换热。
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