CN218333780U - 一种周期性分形树状结构微通道换热器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种周期性分形树状结构微通道换热器系统，属于散热技术领域，解决了因流动工质热边界层充分发展时换热效果受到抑制和微通道基板温度分布不均匀的问题。该系统包括微通道基板，其特征在于：所述微通道基板包括若干周期性排布的分形树状微槽道，所述微槽道沿着高度方向的横截面为矩形，并且所述分形树状微槽道通过间隔结构相连通,可显著增大换热面积，同时破坏流体的正常流动、增强扰流，实现强化换热。同时流动工质在间隔结构处产生涡流,促进冷热流体混合,减小温度分布的不均匀性。
Description
技术领域
本发明属于散热技术领域，特别涉及一种微通道散热器。
背景技术
随着电子工业技术的迅速崛起,电子元器件正在向集成化、高频化方向发展，造成了电路板功率密度的不断增高，当电子元器件工作时，如果热量无法被及时散出，会使内部温度逐渐上升从而严重影响电子元件的工作寿命，高温导致的热失效性已经成为微电子系统可靠性降低乃至失效的最主要原因。微通道散热器是解决微型器件高热流密度的一种有效手段，微通道散热器主要在铝、铜等金属基地、或硅等半导体中加工而成，分形树状微通道散热器由于分支的存在，不仅可以增大换热面积，还可以破坏流体正常流动，中断冷却工质热边界层发展，增强扰流，从而提高微通道散热器传热效果；这种结构散热器在提高散热容量的同时还降低了泵功消耗，热有效性远高于平行通道散热器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种周期性分形树状结构微通道换热器系统，分形树状结构可破坏流体正常流动，增强扰流，同时增大换热面积，实现强化换热；流动工质在流经间隔结构时，由于流动横截面积扩大，从而产生涡流，促进冷热流体的混合，减小温度分布的不均匀性。
本发明通过一下技术方案来实现：
一种周期性分形树状结构微通道换热器系统，包括微通道基板（3），微通道基板上布置若干周期性排布的分形树状微槽道，分形树状微槽道通过间隔结构相连通。分形树状微槽道沿着高度方向的横截面为矩形，间隔结构横截面也为矩形，且两者高度相同。分形树状微槽道的分支数与分形维数均为2；分形树状微槽道主干之间的间距h为8~10mm；周期性排布的分形树状微槽道之间间隔结构的宽度w为2~5mm；周期性排布的分形树状微槽道，其分支流道的长度和水力直径均满足Murray定律；微槽道材料为铝、铜的一种。
以一个周期为例：流体在流入分形树状微通道后，在分支处分流破坏流体正常流动，中断流体边界层发展，增强扰流，启到强化传热效果；流体继续流动到间隔结构处时，会产生涡流，促进冷热流体的混合，减小温度分布的不均匀性；如此周期循环，可强化微通道传热效率和减少高温区。并且分形树状结构在提高散热容量的同时泵功增加幅度不大，对系统稳定性影响不大。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）相比于平行矩形微通道换热器而言，分支的存在可破坏流体正常流动，中断冷却工质热边界层发展，增强扰流；同时增大有效换热面积，从而显著强化换热。（2）相比于分形结构微通道换热器而言，间隔结构可改善微通道基板温度分布不均匀的问题；周期性排布加工方便，成本低，整体结构调整灵活，适用于更多场合。
附图说明
图1：一种周期性分形树状结构微通道换热器示意图
图2：一种周期性分形树状结构微通道换热器基板轴测图
图3：一种周期性分形树状结构微通道换热器基板俯视图
图中：1-冷却介质入口，2-上盖板，3-微通道基板，4-进出口流道腔，5-冷却介质出口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于本发明和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
具体实施方式一：如图1所示，本发明的一种周期性分形树状结构微通道换热器系统，所述微通道换热器包括冷却介质入口（1）、上盖板（2）、微通道基板（3）、进出口流道腔（4）、冷却介质出口（5）。所述微通道基板（3）中包括若干周期性排布的分形树状微槽道，所述微槽道沿着高度方向的横截面为矩形，并且所述分形树状微槽道通过间隔结构相连通。
具体实施方式二：如图1所示，所述微通道散热器的一端连接冷却工质的入口，所述微通道散热器的另一端连接冷却工质的出口。冷却工质从入口段流入后，流量分配到每一条槽道中，在槽道内换热后，从出口段流出。
具体实施方式三：如图3所示，微通道基板横截面为矩形，其中所述分形树状微槽道的分支数与分形维数均为2，h为分形树状微槽道主干之间的间距，w为分形树状微槽道之间间隔结构的宽度。
具体实施方式四：以一个周期为例：流体在流入分形树状微通道后，在分支处分流破坏流体正常流动，中断流体边界层发展，增强扰流，启到强化传热效果；流体继续流动到间隔结构处时，会产生涡流，促进冷热流体的混合，减小温度分布的不均匀性；如此周期循环，直到流体流出。
以上所述，仅为本发明的可选实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (6)
1.一种周期性分形树状结构微通道换热器系统，包括微通道基板（3），其特征在于：所述微通道基板（3）包括若干周期性排布的分形树状微槽道，所述微槽道沿着高度方向的横截面为矩形，并且所述分形树状微槽道通过间隔结构相连通。
2.根据权利要求1所述的一种周期性分形树状结构微通道换热器系统，其特征在于：所述的分形树状微槽道的分支数与分形维数均为2，主支与分支高度相同。
3.根据权利要求1所述的一种周期性分形树状结构微通道换热器系统，其特征在于：所述的分形树状微槽道主干之间的间距h为8~10mm。
4.根据权利要求1所述的一种周期性分形树状结构微通道换热器系统，其特征在于：所述的周期性排布的分形树状微槽道之间的间隔结构宽度w为2~5mm，高度与分形树状微槽道相同。
5.根据权利要求1所述的一种周期性分形树状结构微通道换热器系统，其特征在于：所述的周期性排布的分形树状微槽道，其分支流道的长度和水力直径均满足Murray定律。
6.根据权利要求1所述的一种周期性分形树状结构微通道换热器系统，其特征在于：所述的微槽道材料为铝、铜的一种。
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