[发明专利]一种平板微热管阵列散热器优化方法

摘要

本发明属于机车牵引变流器散热领域，具体公开了一种平板微热管阵列散热器优化方法，其步骤包括：(1)优化翅片的厚度；(2)优化翅片的间距；(3)优化翅片面积；(4)经济成本比较，选出最终翅片参数。本发明对于初步设计阶段的散热器，如果被散热体温度高于设计要求，可用该方法优化散热器，快速高效将温度降至额定设计温度以下。若散热器尺寸与成本有较严格限制，则按照本方法进行逐步优化可控制成本与尺寸在优化过程中增加。优化的最后步骤通过量化比对，设计人员可根据具体设计条件选择满足设计要求的散热器参数。

主权项

一种平板微热管阵列散热器优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：优化翅片的厚度；该步骤具体包括如下步骤：(1)分别保持散热器翅片数量以及面积不变，根据设计要求选取若干组翅片厚度不同的散热器；(2)建立散热器传热模型，使用专业的热分析软件，改变散热器传热模型中翅片厚度，对散热器传热模型的温度场和周围流场进行数值模拟，最终得到被散热体的温度场；(3)比较步骤(2)得到的不同翅片厚度所对应的被散热体温度场，找出其中散热效果最好的翅片厚度，即为最优厚度值；其中散热效果的评价方法为：以被散热体温度场模拟结果显示的最高温度和平均温度为依据，最高温度与平均温度低，则评价为散热效果好，反之散热效果差；(4)筛选可接受的翅片厚度，淘汰所有不可接受的翅片厚度；其中翅片厚度的可接受标准为：被散热体温度场模拟结果显示的最高温度低于其额定设计温度；(5)在可接受的翅片厚度中，将小于最优厚度值的翅片予以保留，将在步骤四进行量化对比；对于大于最优厚度值的翅片厚度按照步骤二进行优化；步骤二：优化翅片的间距1)通过逐步减少翅片的片数并同时评价散热效果来优化步骤一中的步骤(5)的可接受的翅片厚度中厚度大于最优厚度值的翅片；2)控制翅片厚度不变，通过减小翅片片数来增大间距，采用与步骤一的步骤(2)中相同的数值模拟方式再次进行模拟，通过逐步减少每种厚度的翅片片数，找到与其对应的最优翅片片数即可；将记录结果在步骤四中进行量化对比；如果减少翅片片数之前，各翅片数量都为A，如果翅片片数开始减小，但数值模拟结果显示其散热效果并没有改善，则进入步骤三进行优化；步骤三：优化翅片面积1)选择步骤二的步骤2)中最优翅片片数大于翅片数量A的翅片厚度，增大翅片面积；其中增大翅片面积的方法是：翅片面积以增加翅片初始面积的每0.5倍为一档进行增大；2)每一次增大翅片面积后，再将翅片片数减小1，进行与步骤二的步骤2)中相同的数值模拟方式再次进行模拟；若发现翅片散热效果增强，则重复步骤二的步骤2)，如果散热效果没有增强，则继续按照步骤三的步骤1)中的方法增大翅片面积；步骤四：经济成本比较将步骤一到步骤三所有保留的翅片，根据其尺寸和模拟的温度场，按照下面公式(1)、(2)和(3)进行计算：Q＝LHWρP    (1)其中Q为翅片材料总成本，单位：元；L为翅片长度，单位：m；H为翅片厚度，单位：m；W为翅片宽度，单位：m；ρ为翅片材料密度，单位：kg/m3；P为翅片材料单价，单位：元/kg；η＝TL‑T/TL×100％    (2)其中η为数值模拟最高温度超过额定设计温度的百分比；TL为被散热体额定设计温度；T为数值模拟最高温度；r＝(H+a)×A×L×W/V×100％   (3)其中r为散热器占整个设备有效空间的百分比H为翅片厚度，单位：m；a为翅片间距，单位：m；A为翅片片数，单位：个；L为翅片长度，单位：m；W为翅片宽度，单位：m；V为设备有效空间，单位：m3；上述公式(1)表示优化过的翅片的总成本，公式(2)表示翅片的相对散热性能；公式(3)表示散热器占整个设备有效空间的百分比，反应了散热器的空间成本；根据公式(1)、(2)和(3)所代表的三个量化指标，结合设计要求，选出最后的翅片参数。