[发明专利]一种相控阵雷达T/R组件散热网络的自适应生长设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液流通道布局设计方法，特别涉及一种相控阵雷达T/R组件散热流道网络的自适应生长设计方法。

技术背景

相控阵雷达子阵的T/R组件是大的发热源，热流密度很大，同时其对环境的要求很高，不仅单个组件对工作温度有较高的要求，还要求组成阵面后各阵元的温度均衡性要好；高功率密度和大功率器件的散热通常采用强迫液冷的方式，通过强迫液冷冷板和液冷机组实现；冷板是与发热设备直接接触的部件，冷板冷却效果如何，直接影响发热器件的工作温度；当冷板的外形尺寸和安装位置确定后，对冷板的散热流道网络的结构设计就成为关键。

随着计算机技术的发展，冷板散热结构的设计与热仿真相结合的方式已经成为主流；设计者依据经验及直觉设计出冷板散热流道网络的结构，然后利用热仿真软件进行仿真分析，得到功率器件的温度分布情况，验证其是否满足使用要求，同时给出冷板散热流道网络结构的改进措施。这种结合热仿真的设计方式相比于以往的热实验的设计方式，虽然节约了大量的成本和时间，可以较为简便地对设计进行优化，但是两者在设计流程上均需要重复设计、仿真、改进的工作，而且精力都主要集中在了散热流道网络结构的尺寸优化上；并且采用的散热流道网络的布局构形通常为直线型、S型或螺旋型，虽然形式简单，易于加工制造，但是缺乏必要的理论依据，并且与实际的生热情况不一定相匹配，难以保证散热网络布局设计的最优性。

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相控阵雷达T/R组件散热流道网络的自适应生长设计方法，自然存在的分叉结构总是以一种接近全局最优的布局生长，特别注意到植物根系的生长受土壤中营养物质的浓度影响，根系最终的结构布局与土壤中营养物质的浓度分布相匹配；如果以相控阵雷达T/R组件的生热情况代表植物根系生长时土壤中营养物质的分布，则冷板中散热流道的布局设计可以通过模拟植物根系在土壤中的生长获得。根据冷板散热流道网络结构与植物根系结构具有的关联性，本发明提出一种新颖的冷板散热流道网络的自适应生长设计方法，突破了常规的散热流道网络的结构设计流程，提高了设计的效率与质量。

为了达到上述目标，本发明采取的技术方案是：

一种相控阵雷达T/R组件散热流道网络的自适应生长设计方法，包括以下步骤：

1)冷板散热流道网络自适应生长的初始化：

1.1)设计域的构建与初始化：根据实际相控阵雷达T/R组件的热量生成情况，提取冷板散热问题的设计域与热载荷边界条件；然后将冷板散热流道网络在设计域中的布局设计问题转化为植物根系在设计域内依据营养物质浓度生长的问题；冷板散热流道网络的设计域对应土壤中根系的生长区域，记作Ω，热载荷边界条件中的不同热流密度对应设计域中不同的营养物质浓度，并在设计域建立直角坐标系；

1.2)生长参数的初始化：首先依据设计域的初始化条件为设计域内的有限个节点设置初始营养物质浓度，且营养物质的离散化的表达式记为Q(x，y)；然后指定散热流体通道模拟生长的初始生长点，初始生长点可以有一个或多个，且设初始生长点的坐标为(X，Y)；最后对散热流体通道模拟生长的迭代终止条件等相关参数进行设置，设置散热通道的材料消耗上限为V_max，设置迭代生长的步数上限为N_max；

2)冷板散热网络的自适应迭代生长：

2.1)生成初始根：

初始根生长的相关参数由人为设定，包括生长长度dL，生长半径dR和生长的方向向量(e_x,e_y)；初始生长点经过一步生长各自形成一段初始根；然后所有生成的根段按照式(1)削减附近的营养物质浓度；

每段根附近的营养物质浓度按式(1)削减：

Q_i(x,y)＝Q_i0(x,y)-μ(D-D_i)(1)

式中，Q_i(x，y)代表第i个节点当前营养物质浓度；Q_i0(x，y)代表第i个节点在当次削减前的营养物质浓度；μ是一个预设的常数，代表营养物质浓度削减的梯度；D_i是第i个节点与当前根段的距离，D代表根段对土壤中营养物质浓度的影响范围；

2.2)根系的迭代生长：

每段初始根经过迭代生长最终形成根系的一个分支，一步生长迭代中要对根系的每个分支依次进行一步生长；每个分支在一次生长前就已存在的根称作母根；根系的每一分支按如下的方法进行迭代生长：