[发明专利]一种强化毛细作用的均热板吸液芯结构设计方法

说明书

一种强化毛细作用的均热板吸液芯结构设计方法，基于泊肃叶流动假设，利用理想泊肃叶流与稳态导热的相似性，以稳态导热问题优化扇形份数为均热板冷凝端拓扑优化的一阶构型，再利用植物叶脉分叉规律对扇形区域内微流道布局进行优化，得到吸液芯结构；本发明通过模拟植物叶片叶脉的分布来设计均热板吸液芯内流道的布局，在保证毛细力的同时具有较大的流速，得到的吸液芯结构具有更优越的热性能。

技术领域

本发明涉及均热板吸液芯内流道布局设计技术领域，特别涉及一种强化毛细作用的均热板吸液芯结构设计方法。

背景技术

随着电子设备不断朝着高度集成化和小型化的方向发展，如果没有高效快速的散热手段，电子设备在工作时会处于一个温度相对很高的状态，这会引起设备性能和可靠性的降低。均热板是一种被广泛使用的散热器，它通过其腔体内部工作液的相变将电子设备的热量传递到热沉中。均热板的性能将直接影响设备工作时表面的温度，而均热板的性能又取决于其内部吸液芯结构，因此，均热板吸液芯内流道的布局就成为了设计关键。

传统的均热板的设计主要是依靠经验或者是简单的将流道进行组合，其内部的微流道多为矩形流道和蛇形流道，这种流道虽然设计简单且易于加工制作，但随着电子设备的发展，其对散热器热性能要求的不断提高，这些传统流道已经不能满足当前强化传热的要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种强化毛细作用的均热板吸液芯结构设计方法，通过模拟植物叶片叶脉的分布来设计均热板吸液芯内流道的布局，在保证毛细力性能的同时具有较大的流速，得到的吸液芯结构具有更优越的热性能。

为了达到上述目标，本发明采取的技术方案是：

一种强化毛细作用的均热板吸液芯结构设计方法，包括以下步骤：

(1)吸液芯结构一阶构型推导：

均热板吸液芯结构中流道的高度为几十到几百微米，将其视为平行平板间的泊肃叶流，其流量与压力降之间存在比例关系，而稳态热传导状态的平板内热流密度与温度梯度之间也同样存在比例关系(傅立叶定律)，且两者的比例系数均为相关的材料参数；根据关于理想泊肃叶流与稳态导热的相似性分析，以稳态导热问题的优化扇形份数为均热板吸液芯结构拓扑优化的一阶构型；

首先，吸液芯结构分为两大类：冷凝端吸液芯设计中的“面点”(AP)问题和蒸发端吸液芯设计中的“面线”(AL)问题；然后，推导具有高导热通道的圆盘模型，其中，将圆盘划分份数选择为优化变量，同时以固定高导热通道体积占比和微铣削最小加工尺寸为约束条件；

对于蒸发端，扇形区域的圆周侧为热沉，高导热通道的两端宽度分别为D和mD，长度为L，其火积分为三部分进行求解：

扇形圆心角区域部分火积：

高导热通道火积：

高导热通道两侧区域部分火积：

总火积：

对于冷凝端，扇形区域圆心侧为热沉，高导热通道的两端宽度分别为D和mD，长度为R，其火积分为两部分进行求解：

高导热通道部分火积：

高导热通道两侧区域部分火积：

总火积：