一种非均匀热源分布的自然对流强化散热结构及散热方法技术

一种非均匀热源分布的自然对流强化散热结构及散热方法，该结构包括散热薄基板、置于散热薄基板正面上部的带有通风孔的开花齿、置于散热薄基板正面下部的倾斜齿、在散热薄基板背面均匀分布的低功率热源、分布于散热薄基板背面的多个高功率热源，在高功率热源分布密集区嵌入散热薄基板中的VC均温板以及在高功率热源稀疏区嵌入散热薄基板中的各向异性石墨烯薄片；VC均温板和各项异性石墨烯薄片具有良好的功率展平效应，能够有效的降低高功率热源处的局部温度，整个散热器由轻质铝加工而成，重量轻，导热性能好，开花齿和倾斜齿的错齿和断齿结构有助于强化散热，散热器结构简单，加工方便，可靠性高。

A Natural Convection Enhanced Heat Dissipation Structure with Non-uniform Heat Source Distribution and Its Heat Dissipation Method

【技术实现步骤摘要】
一种非均匀热源分布的自然对流强化散热结构及散热方法
本专利技术属于自然散热
，主要针对户外依靠空气自然对流散热的电子设备等，具体涉及一种非均匀热源分布的自然对流强化散热结构及散热方法。
技术介绍
自然对流是指在没有外界强迫驱动的条件下，仅仅依靠流体内部由于温度差导致密度差从而产生浮生力的作用使得流体运动的传热现象。自然对流散热方式是最常见的散热方式之一，具备结构简单，可靠性高，成本低，维护方便等多种优良特点。对于户外的电子设备，自然对流散热为其最常用的散热方式，随着电子设备的功率越来越高，而体积又越来越小，对散热结构的设计要求也越来越高，尤其针对局部区域热流密度较大的电子元器件。中国专利CN102829664A提供一种自然对流散热结构及其方法，结构包括：外壳和肋片，外壳包括内壁和外壁。在外壳的内部设置具有渐变截面结构的肋片，肋片之间形成变截面的管状空气通道，当热源接触该散热器时热量传导到外壳，外壳与空气发生热交换从而将热量导出，但是该结构无法有效地对局部区域有高功率热源的器件进行散热，且变截面结构的肋片制造加工成本高。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种非均匀热源分布的自然对流强化散热结构及散热方法，该结构能够强化局部高功率热源的散热，将热量有效地导出，且制造加工成本低、耗材少、可靠性高。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现：一种非均匀热源分布的自然对流强化散热结构，包括散热薄基板C，置于散热薄基板C正面上部的带有通风孔E的开花齿D，置于散热薄基板C正面下部的倾斜齿F，在散热薄基板C背面设置有低功率热源S0，散热薄基板C背面分布有多个高功率热源，其中与正面上部的开花齿D位置对应的背面为高功率热源分布密集区，与正面下部的倾斜齿F位置对应的背面为高功率热源分布稀疏区，在高功率热源分布密集区的散热薄基板C中嵌入VC均温薄板A，在高功率热源分布稀疏区的散热薄基板C中嵌入各向异性石墨烯薄片B；开花齿D和倾斜齿F之间留有间距。从散热结构的侧面看，所述开花齿D的上部为矩形，下部为与上部矩形连接的倒梯形，所述倾斜齿F为倒梯形；倾斜齿F顶部最高处高度与开花齿D底部最低处高度相同。所述VC均温薄板A和各向异性石墨烯薄片B分别覆盖高功率热源分布密集区和高功率热源分布稀疏区的高功率热源并向外伸展一定长度，各向异性石墨烯薄片B的导热性能呈现出各项异性，在横截面方向的导热系数高于垂直于横截面方向的导热系数；VC均温薄板A和各向异性石墨烯薄片B的使用能够有效的展平局部功率峰，导出局部热量，降低局部温度。整个散热结构的材料均为轻质铝材，重量轻，且铝材导热系数高，价格低廉。所述组成开花齿D和倾斜齿F的肋片等间距放置且间距相同，肋片厚度为1mm，加工成本低，且能够提高散热器的整体散热效率。所述开花齿D的通风孔E有助于冷风的吹入，强化开花齿D的对流换热强度。所述开花齿D和倾斜齿F的肋片采用错齿排列，有助于破坏热边界层，增强换热。所述开花齿D和倾斜齿F之间的间距形成断齿结构，有助于吸入冷空气，强化散热。所述倾斜齿F及开花齿D采用大倒角，能够节省用料，同时又不影响散热效果。所述开花齿D和倾斜齿F的肋片间距大于两倍的热边界层厚度，防止热边界层叠加削弱对流换热。所述的非均匀热源分布的自然对流强化散热结构的散热方法，低功率热源S0产生的热量通过导热的方式传至散热薄基板C上，由于高功率热源分布密集区的高功率热源产生的热流密度高，因此热量首先通过VC均温薄板A沿着横截面方向导出，有效地展平功率分布，再传至散热薄基板C上；高功率热源分布稀疏区的高功率热源产生的热量传至各向异性石墨烯薄片B上，由于各向异性石墨烯薄片B的各项异性，热量通过各向异性石墨烯薄片B的横截面导出，再传至散热薄基板C上，从而降低局部温度；散热薄基板C上的热量一部分通过对流换热的的方式传给空气，另一部分通过热传导传至开花齿D和倾斜齿F的肋片上，肋片与空气之间通过对流换热交换热量；散热结构中的空气受热膨胀，密度降低，在浮生力的作用下向上流动，因此在散热结构肋片之间的流道内将形成稳定的上升流，其压力随着速度的上升而下降，外部空气将被吸入至散热结构流道内；冷空气从倾斜齿F下端吸入，向上流动，在开花齿D和倾斜齿F的肋片壁面附近形成热边界层，倾斜齿F和开花齿D之间的错排达到破坏边界层的目的，增强换热；倾斜齿F与开花齿D之间的断齿结构能够从侧面吸入冷空气，降低散热结构的温度；若散热结构所处环境为有风环境，冷风通过开花齿D上的通风孔E流入散热结构中，强化局部的对流换热。本专利技术具有以下优点和有益效果：1)VC均温薄板的散热原理与热管相同，能够有效的导出热量，对温度分布不均有极佳的展平效果，对于密集排布的高功率热源S1S2S3S4，若仅仅依靠铝制散热薄基板，高功率热源产生较大的热流密度将会导致局部温度异常的高，而采用VC均温薄板，能够将热量导出，有效地展平温度，从而极大地降低局部温度；2)各向异性石墨烯薄片为各项异性材料，在横截面上有极佳的导热系数，能够将热量沿着横截面有效的导出，从而展平局部的功率峰，在高功率热源分布稀疏区使用石墨烯薄片可以有效的降低局部温度；3)散热薄基板和由肋片构成的开花齿及倾斜齿均为轻质铝材制作而成，重量小，便于安装，导热系数高，价格低廉；4)肋片厚度1mm，加工成本低，肋片间距大于两倍的热边界层厚度，有利于热量的导出；5)由于开花齿中存在通风孔，外界环境若有风速，冷风可有效地进入开花齿中将热量导出；6)开花齿的肋片和倾斜齿的肋片相互错开排列形成的错齿结构有助于扰动内部流体，破坏热边界层，强化散热；7)开花齿与倾斜齿之间的空隙有助于冷风吸入，进而强化散热。附图说明图1为散热结构示意图。图2为散热结构后视图。图3为散热结构右视图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明：如图1、图2和图3所示，本专利技术一种非均匀热源分布的自然对流强化散热结构，包括散热薄基板C(散热薄基板C为一轻质薄铝基板，是整个散热结构的最基础部件，所有其他部件均与其相连)，置于散热薄基板C正面上部的带有通风孔E的开花齿D，置于散热薄基板C正面下部的倾斜齿F，在散热薄基板C背面设置有低功率热源S0，散热薄基板C背面分布有多个高功率热源，其中与正面上部的开花齿D位置对应的背面为高功率热源分布密集区，与正面下部的倾斜齿F位置对应的背面为高功率热源分布稀疏区，在高功率热源分布密集区的散热薄基板C中嵌入VC均温薄板A，在高功率热源分布稀疏区的散热薄基板C中嵌入各向异性石墨烯薄片B；开花齿D和倾斜齿F之间留有间距。本实施例高功率热源分布密集区分布的高功率热源为四个面热源，分别为第一高功率热源S1、第二高功率热源S2、第三高功率热源S3和第四高功率热源S4，高功率热源分布稀疏区分布的高功率热源为两个面热源，分别为第五高功率热源S5和第六高功率热源S6。所述第五高功率热源S5和第六高功率热源S6远离其他高功率热源，但同样是面热源且紧贴散热基板C背面；所述低功率热源S0功率平均分布在整个散热基板C背面；所述高功率热源处产生的热流密度是其他地区热流密度的十倍以上。作为本专利技术的优选实施方式，从散热结构的侧面看，所述开花齿D的上部为矩形，下部为与上部矩形连接的倒梯形，所述倾本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非均匀热源分布的自然对流强化散热结构，其特征在于：包括散热薄基板(C)，置于散热薄基板(C)正面上部的带有通风孔(E)的开花齿(D)，置于散热薄基板(C)正面下部的倾斜齿(F)，在散热薄基板(C)背面设置有低功率热源(S0)，散热薄基板(C)背面分布有多个高功率热源，其中与正面上部的开花齿(D)位置对应的背面为高功率热源分布密集区，与正面下部的倾斜齿(F)位置对应的背面为高功率热源分布稀疏区，在高功率热源分布密集区的散热薄基板(C)中嵌入VC均温薄板(A)，在高功率热源分布稀疏区的散热薄基板(C)中嵌入各向异性石墨烯薄片(B)；开花齿(D)和倾斜齿(F)之间留有间距。

【技术特征摘要】
1.一种非均匀热源分布的自然对流强化散热结构，其特征在于：包括散热薄基板(C)，置于散热薄基板(C)正面上部的带有通风孔(E)的开花齿(D)，置于散热薄基板(C)正面下部的倾斜齿(F)，在散热薄基板(C)背面设置有低功率热源(S0)，散热薄基板(C)背面分布有多个高功率热源，其中与正面上部的开花齿(D)位置对应的背面为高功率热源分布密集区，与正面下部的倾斜齿(F)位置对应的背面为高功率热源分布稀疏区，在高功率热源分布密集区的散热薄基板(C)中嵌入VC均温薄板(A)，在高功率热源分布稀疏区的散热薄基板(C)中嵌入各向异性石墨烯薄片(B)；开花齿(D)和倾斜齿(F)之间留有间距。2.根据权利要求1所述的一种非均匀热源分布的自然对流强化散热结构，其特征在于：从散热结构的侧面看，所述开花齿(D)的上部为矩形，下部为与上部矩形连接的倒梯形，所述倾斜齿(F)为倒梯形；倾斜齿(F)顶部最高处高度与开花齿(D)底部最低处高度相同。3.根据权利要求1所述的一种非均匀热源分布的自然对流强化散热结构，其特征在于：所述VC均温薄板(A)和各向异性石墨烯薄片(B)分别覆盖高功率热源分布密集区和高功率热源分布稀疏区的高功率热源并向外伸展一定长度，各向异性石墨烯薄片(B)的导热性能呈现出各项异性，在横截面方向的导热系数高于垂直于横截面方向的导热系数；VC均温薄板(A)和各向异性石墨烯薄片(B)的使用能够有效的展平局部功率峰，导出局部热量，降低局部温度。4.根据权利要求1所述的一种非均匀热源分布的自然对流强化散热结构，其特征在于：整个散热结构的材料均为轻质铝材，重量轻，且铝材导热系数高，价格低廉。5.根据权利要求1所述的一种非均匀热源分布的自然对流强化散热结构，其特征在于：所述组成开花齿(D)和倾斜齿(F)的肋片等间距放置且间距相同，肋片厚度为1mm，加工成本低，且能够提高散热器的整体散热效率；所述开花齿(D)和倾斜齿(F)的肋片采用错齿排列，有助于破坏热边界层，增强换热。6.根据权利要求1所述的一种非均匀热源分布的自然对流强化散热结构，其特征在于：所述开...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大林，周健成，孙汝雷，宋功乐，田文喜，秋穗正，苏光辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61