[发明专利]一种矩形截面散热器肋片的优化设计方法

说明书

技术领域

本发明属于散热器设计领域，具体涉及一种矩形截面散热器肋片的优化设计方法。

背景技术

肋片式散热器是一种最为常见的散热器形式，可通过扩展散热面积的方式使散热器的散热量得以提高。散热器肋片的形状多种多样，散热效果也各不相同，而矩形截面散热器肋片在所有肋片结构中最为简单，加工最为便易，所以一直被普遍采用。对于矩形截面的散热器肋片，当肋宽和矩形截面面积都相同时，肋片体积相同，金属消耗量完全相同，但矩形截面的形状不同，肋片的散热量却将有所不同。所以，从节能节材的角度，应通过合理设计肋片的截面形状，也即合理设计肋片的肋高和肋厚，使其在金属消耗量相同的情况下，具有最大的散热量，从而使整个换热器发挥出最大的散热效果。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种矩形截面散热器肋片的优化设计方法，以解决现有矩形散热片散热效果非最优的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种矩形截面散热器肋片的优化设计方法，包括以下步骤：

步骤1、根据散热器肋片所选定的金属材料以及肋片的工作温度，从材料热物性表中查取这种金属材料的热导率λ；

步骤2、采用传热学中的通用测试方法，或者根据经验公式计算，得出肋片与周围空气之间的自然对流表面传热系数h；

步骤3、根据散热器工作环境的实际需要选取肋厚δ，计算肋高H：根据传热学理论，得到矩形截面肋片散热量的计算式；利用微积分中求极值的方法，令散热量对肋厚求导为零，得到超越方程，用数值法得出肋高H与肋厚δ之间的关系式；

步骤4、以肋厚和肋高分别作为矩形截面的短边和长边；

步骤5、根据散热器主体的大小以及设计工作的实际需要选取肋宽L；

步骤6、将肋厚为δ、肋高为H、肋宽为L的矩形截面肋片安装于散热器主体上。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

本发明提供了一种矩形截面散热器肋片的最优设计方法，在对内在因素和外部条件的分析和测试的基础上，通过数学分析方法，对矩形截面散热器肋片的截面形状进行精确设计，使其在金属消耗量相同的情况下，具有最大的散热量，达到最优效果，做到节材节能。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为矩形截面肋片与散热器主体的结构示意图。

图2为本发明的矩形截面散热器肋片的优化设计方法的流程图。

具体实施方式

为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

图1为矩形截面肋片与散热器主体的结构示意图，其中，矩形截面肋片2垂直设置于散热器主体1表面。

结合图2，本发明的一种矩形截面散热器肋片的优化设计方法，包括以下步骤：

步骤1、根据散热器肋片所选定的金属材料以及肋片的工作温度，从材料热物性表中查取这种金属材料的热导率λ[(W/(m·K)]。

步骤2、采用传热学中的通用测试方法，或者根据经验公式计算，得出肋片与周围空气之间的自然对流表面传热系数h[(W/(m²·K)]。

步骤3、根据散热器工作环境的实际需要选取肋厚，计算肋高：根据传热学理论，得到矩形截面肋片散热量的计算式；利用微积分中求极值的方法，令散热量对肋厚求导为零，得到超越方程，用数值法得出肋高H与肋厚δ之间的关系式。

3.1计算矩形截面肋片散热量：

设所述矩形截面肋片的散热量为Q(W)，肋基温度为t₀，环境温度为t_f，矩形截面的面积为A(m²)，则根据传热学知识，矩形截面肋片散热量的计算式为：

其中，th为双曲正切函数的符号，L为肋宽；

3.2、得到超越方程：

由于A＝Hδ，当矩形截面的面积A一定时，散热量H和肋厚δ两者之间呈反比关系，若要使Q值最大，需采用微积分中求极值的方法，将散热量Q对肋厚δ求导，并令其等于零，也即

dQ/dδ＝0

将以上关系式代入式(1)，可解出

其中，sh为双曲正弦函数的符号，ch为双曲余弦函数的符号。

3.3、计算肋高与肋厚之间的关系式：

用数值法求解这个超越方程(2)，可得出

据此可得出肋高H与肋厚δ之间的关系式