[发明专利]一种冷却微通道的设计方法

说明书

本发明公开了一种冷却微通道的设计方法，属于电子产品散热技术领域。该设计方法，包括以下步骤：步骤1：根据热源尺寸选定微通道设计尺寸，根据热源功率确定冷却工质流量；步骤2：根据选定的微通道设计尺寸确立拓扑优化的设计域；步骤3：设计域内采用动量方程描述流体流动，采用能量方程描述固体和流体的温度分布；步骤4：利用目标函数验证优化的设计域内流体及固体的分布，完成微通道装置的流道的三维拓扑结构设计。本发明采用拓扑结构优化的方式来设计微通道的流动结构，该结构具有流动阻力小和传热热阻小的双重优势。

技术领域

本发明涉及电子产品散热技术领域，更具体的说是涉及一种冷却微通道的设计方法。

背景技术

随着社会的发展，高功率电子产品越来越多，集成的芯片热流密度越来越高。已有研究表明电子芯片的温度每升高10℃，故障率会增加一倍，温度过高甚至可能引起内部损坏，造成安全事故。因此电子产品散热愈加重要。

微通道是一种重要的冷却方式，具有散热能力强、体积小、噪音小等优点。微通道的截面多为矩形和圆形等形状，但传统微通道存在通道压力损失较大、温度分布不均匀等缺点，传统微通道一般不能达到最优的冷却效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷却微通道的设计方法，以期解决背景技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种冷却微通道的设计方法，包括以下步骤：

步骤1：根据热源尺寸选定微通道设计尺寸，根据热源功率确定冷却工质流量；

步骤2：根据选定的微通道设计尺寸确立拓扑优化的设计域；

步骤3：设计域内采用动量方程描述流体流动，采用能量方程描述固体和流体的温度分布；

步骤4：利用目标函数验证优化的设计域内流体及固体的分布，完成微通道装置的流道的三维拓扑结构设计。

所述步骤2中：根据选定的微通道设计尺寸确立拓扑优化的设计域，包括：

(1)过滤设计域内设计变量；

(2)对设计域内相关参数进行插值。

所述过滤设计域内设计变量，包括：设计域内设计变量采用式1进行过滤：

其中r为过滤半径，为过虑后的设计变量，γ为设计变量；

采用式2对过虑后的设计变量进一步过滤得到输出设计变量

其中，β和γ_β分别为投影斜率和投影点。

所述对设计域内相关参数进行插值，包括：设计域内相关参数采用下式3进行插值：

α_min和α_max分别为反渗透率的最小值和最大值，其中，α_min取0，α_max取1×10⁵，q为罚参数；为输出设计变量，取值范围为0-1，0代表固体，1代表流体；为有效导热系数，由下式4决定：

其中k_s为固体导热系数，为k_f流体导热系数，p为罚参数。

所述动量方程如下式5所示：

所述和能量方程如下式6表示：