[发明专利]一种微通道散热器与微通道的加工方法

权利要求书

1.一种微通道散热器，其特征是：它设有基板和盖板，所述盖板安装在基板上部，且两者之间设有十字筋板，基板上加工有若干条微通道；

所述基板和盖板均为正方形板体，所述十字筋板将基板平均分为四个正方形区域；

基板上沿着每个正方形区域的一条对角线位置各加工有一通气道，各条通气道均通向十字筋板中心，每条通气道又将一正方形区域分成两个三角形单元，基板上共有八个三角形单元；

基板的每个三角形单元平行其相邻的十字筋板各设有多条直的微通道，各条微通道的进口端设于基板的四周；

所述盖板对应基板中心位置设一个抽气孔。

2.根据权利要求1所述微通道散热器，其特征是：所述基板上的通气道槽深为微通道槽深的2倍。

3.根据权利要求1所述微通道散热器，其特征是：基板上的每条微通道槽深相等，每条微通道的单位面积散热功率Q相同。

4.根据权利要求1所述微通道散热器，其特征是：所述基板上的微通道（4）和通气道（3）均采用激光雕刻法加工而成。

5.根据权利要求1所述微通道散热器，其特征是：所述基板为金属基板，四周设有台阶，各微通道的顶面平齐，基板和盖板焊接为一体，各条微通道在基板与盖板之间形成密闭的通道。

6.根据权利要求1所述微通道散热器，其特征是：基板上的抽气孔连接微型真空泵。

7.权利要求1、2、3、4、5或6所述微通道散热器的加工方法，该方法包括以下步骤：

（1）根据发热面确定微通道散热器基板和盖板的尺寸，及十字筋板尺寸；

（2）基板与所要散热的发热物的表面贴合；

根据发热面传递到基板底面的热流密度Q（物理单位为W·m^-2）为散热器的设计条件，根据各个微通道具有恒定的单位面积散热功率的特征，任一微通道i的几何尺寸，长度l_i、深度h_i和宽度w_i满足h-w方程：

                                                          （1）

方程中，，，，，λ、μ、c_p、ρ、Pr分别为空气导热系数、动力粘度、比热、密度和普朗特数；t_s为基板温度，Δp_i为微通道i两端的压差，p₀和t₀分别为微通道i入口处空气的压力和温度；对于所有微通道，t_s、p₀和t₀均为已知的常数；

（3）基板上一个三角形单元的各个微通道设计：紧靠基板顶角的微通道标记为第1微通道，其它微通道顺次标记为2、3、….i、….n；各微通道内空气的平均流速与微通道长度、深度、宽度、压差分别标记为v_i、l_i、h_i、w_i、Δp_i，通气道的深度和宽度分别标记为h₀和w₀；按照从1至n的顺序确定该三角形单元上各个微通道的尺寸，然后将该三角形单元上所有微通道的尺寸镜像到另外七个三角形单元即可；

（4）按1~n的顺序确定一个三角形区域上各个微通道的尺寸，具体步骤包括：

（a）根据发热面的几何形状，确定正方形基板的边长为L，将所有微通道的深度h_i（i=1…n，n为单个三角形单元上微通道总数）设置为一定值h_g，h_g在0.2~0.8 mm之间取值；相邻微通道之间的间壁厚度b₀均取0.5 mm；通气道深度h₀和宽度w₀分别取为h₀=2h_g和w₀=h₀；即通气道截面为正方形，具有最佳的通流效果；

（b）设定第1个微通道的位置l₁及通气道第一个节点处的压力p₁；l₁取三角形直角边长度的1/10，即l₁=L/20；第一条微通道较短，仅需微小的压差即可驱动气体流动，故p₁取-5~-10 Pa；Δp₁=p₀- p₁；

（c）依据h-w方程以及h₁（h₁=h_g）、l₁及Δp₁确定第1条微通道的宽度w₁；

（d）依据式（1）、式（2），由l₁、(p₀-p₁)、h₁、w₁求v₁，

即，其中；同理，对通气道入口处一段通道，由该段长度1.414l₁、压差(p₀-p₁)、h₀、w₀，求该段内的平均流速v₀，此时；

其中，       

式中，，d_i为矩形微通道的水力直径；

（e）由v₁和h₁、w₁求第1条微通道内的气流体积流量V₁，即；由v₀和h₀、w₀求通气道入口处的气流体积流量V₀，即；求通气道第1节点处的气体平均速度v_p1，即；

（f）预设第2条微通道的宽度w₂’，假设w₂’=w₁；

（g）计算第2条微通道的长度l₂，l₂=l₁+b₀+w₂’/2；计算通气道第1、2节点间的距离l_p1-2，l_p1-2=1.414×(w₁/2+b₀+w₂’/2)；

（h）依据式（1），由v_p1、l_p1-2及h₀、w₀求通气道第1、2节点间的压力降Δp_1-2，即；

（i）计算通气道第2节点处的压力p₂，p₂=p₁-Δp_1-2，Δp₂=p₀- p₂；

（j）根据h-w方程，由l₂、Δp₂和h₂（h₂=h_g）求w₂；

（k）计算w₂’和w₂的误差e，e=|w₂’-w₂|/w₂’；

（l）若e小于给定误差δ（δ=0.1），即e≤δ，，则执行（m）步；若e>δ，分2种情况改变w₂’：若w₂’>w₂，则减小w₂’；若w₂’<w₂，则增大w₂’，然后回到（g）重新计算；

（m）获得参数h₂、w₂、l₂、p₂，并仿照（d）~（l）步骤获得h₃、w₃、l₃、p₃；

（n）继续设计其它微通道，将h_i、w_i、l_i、p_i（Δp_i = p₀- p_i）作为已知条件重复（d）~（l）步骤求h_i+1、w_i+1、l_i+1、p_i+1；

（o）判断第i+1条微通道位置是否超过三角形区域的边界，即(l_i+1+w_i+1/2)是否大于三角区域的直角边长度L/2 ；如果(l_i+1+w_i+1/2)≥L/2，则微通道的尺寸设计完毕；如果(l_i+1+w_i+1/2)<L/2，则回到（n）继续设计；

（p）确定十字筋板的壁厚b；单个三角形区域上共设计有n个微通道，如果(l_n+w_n/2)>L/2，则十字筋板壁厚b为L-2l_n-w_n；如果(l_n+w_n/2)=L/2，则十字筋板壁厚取b为0.1 mm，并且将w_n减小0.05 mm，l_n减小0.025 mm，根据h-w方程，由l_n和p_n确定h_n，该种情况下，第n条微通道的深度小于其它各条微通道。