[发明专利]一种基于均温开缝肋片的自热对流散热系统的设计方法

说明书

本发明是一种基于均温开缝肋片的自热对流散热系统的设计方法。本发明涉及工程换热设计技术领域；基于换热系数逻辑运算，确定自然对流换热系数；根据得到的自然对流换热系数，确定肋效率和换热面积；根据肋效率和换热面积，确定自然对流换热量；根据自然对流换热量，进行辐射换热，确定辐射换热量；根据自然对流换热量和辐射热量，确定总换热量。本发明将分为自然对流换热及辐射换热计算两部分进行换热计算，并最终求得整体系统的散热能力，并给出肋片结构数据与系统散热能力间的关系曲线。设计者根据曲线可快速识别最佳肋片结构，并给出合理设计。

技术领域

本发明涉及工程换热设计技术领域，是一种基于均温开缝肋片的自热对流散热系统的设计方法。

背景技术

伴随着电子工业高性能、微型化、集成化的三大发展趋势，电子散热问题越来越尖锐。特别是对于高新、尖端技术产品，元器件的高密度、高集成、高频、小型化发展已是不可逆转的趋势，伴随其散热量的增加也是不可违背的物理现象。散热问题与电子设备的可靠性和工作寿命密切相关。随着温度的上升，电子元件的失效率呈指数增长，因此针对电子元件的散热系统合理化设计显得十分必要，且对于某些对于散热系统可靠性要求极其严格的工况下，自然对流散热系统仍然是目前综合性能佳的选择，而针对其设计方法的优化，将大幅度减少设计时间，并减少人为误差的出现。

自然对流散热肋片结构设计中，若肋片设计过长，会出现换热面积与空气流量不匹配，换热区空气层流化等恶化自然对流系数的情况产生，因此需要在一定长度方向为肋片开缝，强化空气流量与扰动，但肋片开缝的同时会减少肋片长度引起换热面积损失，令最终散热系统产生换热能力下降风险，导致设计人员不得不反复进行迭代设计。

发明内容

本发明基于传热学原理，分为自然对流换热及辐射换热计算两部分进行换热计算，通过设计者输入的拟定肋片高、宽、间距、与肋片长度初始值等设计参数，采用单调递增肋片长度参数进行连续计算，并给出肋片长度与肋片散热功率关系曲线，令设计人员快速识别合理的肋片长度设计范围，并确定出最优肋片结构设计方案。本发明提供了一种基于均温开缝肋片的自热对流散热系统的设计方法，本发明提供了以下技术方案：

一种基于均温开缝肋片的自热对流散热系统的设计方法，包括以下步骤：

步骤1：基于换热系数逻辑运算，确定自然对流换热系数；

步骤2：根据得到的自然对流换热系数，确定肋效率和换热面积；

步骤3：根据肋效率和换热面积，确定自然对流换热量；

步骤4：根据自然对流换热量，进行辐射换热，确定辐射换热量；

步骤5：根据自然对流换热量和辐射热量，确定总换热量。

优选地，所述步骤1具体为：

步骤1.1：根据输入系统的高允许温度t1与环境温度t2求散热区空气定性温度；由定性温度物性模块给出空气物性，其中包括：热系数、粘度和体胀系数等；根据温度、空气物性及肋片结构参数求解格拉晓夫数；

步骤1.2：根据格拉晓夫数判定肋片区气流流动情况并选择相应层流或紊流经验公式推导自然对流换热系数h；

步骤1.3：根据输入的系统最高允许温度、外界环境温度与肋片长度参数，直接给出自然对流换热系数h。

优选地，所述步骤2具体为：

考虑肋片末梢散热，选取修正肋高参数Hx，根据输入肋片导热率λ与修正肋高参数Hx等参数得出肋片效率为ηf；

基于肋片结构参数求解肋面总面积Af、肋根部总面积Ar、肋片效率ηf等参数求解肋面总效率，通过下式表示总效率：

η＝(Ar+ηf·Af)/(Af+Ar)。