具有微凹穴结构的正弦波形微通道换热器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有微凹穴结构的正弦波形微通道换热器，包括上下贴合在一起的盖板和微通道热沉，微通道热沉上开设若干等间距平行排列的微通道，微通道沿液体流动的方向呈正弦波形，微通道的截面为倒三角形，相邻的微通道之间形成沿液体流动方向呈正弦波形的微肋壁，微肋壁的截面为梯形，微通道侧壁面及底面上设置有微凹穴结构，具有三角截面的正弦波形微通道存在二次流，加强扰动，破坏热边界层，强化传热，微通道结构底部存有冷却剂，能够有效推迟局部干涸现象，抑制回流现象，降低沸腾不稳定性的影响，微通道侧壁面和底部的微凹穴结构，大大增加了换热面积，增加了表面粗糙度，为气泡成核提供了充足的汽化核心，进一步加强换热。

【技术实现步骤摘要】
具有微凹穴结构的正弦波形微通道换热器及其制造方法
本专利技术属于微通道换热器设计领域，尤其涉及一种具有微凹穴结构的正弦波形微通道换热器的制造方法。
技术介绍
随着电子设备微型化和集成化发展，对散热的要求不断提高。小面积，大热量导致的高热流密度使传统大型散热设备的使用受到局限。微通道换热器以其高效散热、结构紧凑和占地面积小等突出优点在微型设备散热中脱颖而出。微通道流动沸腾换热，充分利用冷却剂的潜热，满足更高热流密度的需求，实现微型设备的散热要求。目前微通道换热器大多采用平直矩形截面微通道，通过改变通道结构或表面处理，可获得具有更高热流密度的微通道。冷却剂在微通道中流动过程中，当达到充分发展状态时，会形成稳定的速度边界层和热边界层，在平直矩形微通道中会形成较厚的边界层，影响传热过程，且当热流密度增高到一定值，出现干涸现象，专利CN201510325156.1公开了一种带正弦流道的微通道板式换热器，正弦通道存在二次流，加强扰动，强化换热，并且有效推迟局部干涸现象和回流现象，降低沸腾不稳定性。但其通道截面为矩形，侧壁面较为光滑，且流道宽度大，通道结构较为简单，对散热效果的提高有限，无法满足高热流密度电子设备的散热需求。专利CN201910462587.0公开了一种微针肋-纳米线结构的微通道换热器的制备方法，主要步骤为(1)采用低功率激光在通道壁面上加工出微针肋凸起，扫描速度为50-150mm/s；(2)放置在马弗炉中加热至300-700℃，保温6-8小时，然后冷却至室温。制得壁面上的微针肋-纳米线结构。该方法加工步骤复杂，加工时间较长，且制得的微针肋-纳米线结构可靠性较低，随着使用时间的增长，会使此结构磨损且遭到破坏。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有微凹穴结构的正弦波形微通道换热器的制造方法，能够增强二次流，加强扰动，破坏热边界层，降低流动不稳定性，提供充足成核位点，强化换热，且制备方法操作简单，加工时长短。为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：一种具有微凹穴结构的正弦波形微通道换热器，包括上下贴合在一起的盖板和微通道热沉，所述盖板和所述微通道热沉之间通过固定装置进行固定连接；所述盖板上开设有冷却剂入口和冷却剂出口；所述微通道热沉靠近所述盖板的一侧开设有入口储液槽、出口储液槽及若干等间距平行排列的微通道，所述入口储液槽与所述冷却剂入口连通，所述出口储液槽与所述冷却剂出口连通，所述微通道热沉靠近所述盖板的一侧的边缘一圈上开设有密封槽，且所述密封槽将所述入口储液槽、所述出口储液槽及所述微通道包围；所述微通道的进液端与所述入口储液槽相连，所述微通道的出液端与所述出口储液槽相连，所述微通道沿液体流动的方向呈正弦波形，所述微通道的截面为倒三角形，相邻的所述微通道之间形成沿液体流动方向呈正弦波形的微肋壁，所述微肋壁的截面为梯形，所述微通道侧壁面及底面上设置有微凹穴结构。优选地，所述固定装置包括若干个第一固定块及与所述第一固定块数量一致的第二固定块；若干个所述第一固定块安装于所述盖板的侧面，所述第一固定块上开设有第一安装孔；若干个所述第二固定块安装于所述微通道热沉的侧面，所述第一固定块与所述第二固定块的安装位置相对应，所述第二固定块上开设有第二安装孔，所述盖板和所述微通道热沉通过所述第一安装孔和所述第二安装孔进行固定连接。优选地，所述微肋壁的梯形截面的上底为200μm，所述微肋壁的梯形截面的下底为400μm，所述微肋壁的梯形截面的高为573μm，所述微肋壁沿液体流动方向的正弦波形的波长为1000μm，所述微肋壁沿液体流动方向的正弦波形的振幅为100μm。优选地，所述微通道的倒三角形截面的底边为200μm，所述微通道的倒三角形截面的顶角为20°，所述微通道的倒三角形截面的高为573μm，所述微通道沿液体流动方向的正弦波形的波长为1000μm，所述微通道沿液体流动方向的正弦波形的振幅为100μm，所述微通道的水力直径为168μm。优选地，所述微凹穴结构为不规则凹穴状结构。基于相同的专利技术构思，本专利技术还提供了一种具有微凹穴结构的正弦波形微通道换热器的制造方法，包括如下步骤：S1：提供经抛光处理的第一金属板及第二金属板；S2：将所述第一金属板装夹到微铣削加工机床上，采用微铣削技术于所述第一金属板上加工出冷却剂入口、冷却剂出口，制得盖板；S3：将所述第二金属板装夹到微铣削加工机床上，采用微铣削技术于所述第二金属板上加工入口储液槽、出口储液槽及密封槽；S4：将经过步骤S3加工过的所述第二金属板放于超声波清洗机中清洗，并取出烘干；S5：将经过步骤S4清洗后的所述第二金属板装夹于激光工作台固定，按照预设的加工路径，采用超快激光加工若干等间距平行排列的微通道制得微通道热沉，且通过控制激光光斑的移送区域，在所述微通道的侧壁面和底面获得微凹穴结构，所述微通道的进液端与所述入口储液槽相连，所述微通道的出液端与所述出口储液槽相连，所述微通道沿液体流动的方向呈正弦波形，所述微通道的截面为倒三角形；S6：将经过步骤S5处理过的所述微通道热沉放于超声波清洗机中清洗，并取出烘干；S7：将加工制得的所述盖板和所述微通道热沉通过固定装置进行固定连接，并与外部的接管及水泵连接成一个整体，形成一个强制循环回路，得到完整的微通道换热器。优选地，所述步骤S5中，所述皮秒激光器的加工脉冲的持续时间为8ps，波长为1030nm，工作频率为400kHz，扫描速度为300mm/s，加工单个所述微通道时，激光以10μm的间隔扫描80次。优选地，所述步骤S5中，所述预设的加工路径的函数为y1＝100sin2πx/1000和y2＝100sin(2πx/1000)+200。本专利技术由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：1)本专利技术提供了一种具有微凹穴结构的正弦波形微通道换热器，包括上下贴合在一起的盖板和微通道热沉，微通道热沉上开设有入口储液槽、出口储液槽及若干等间距平行排列的微通道，微通道的进液端与入口储液槽相连，微通道的出液端与出口储液槽相连，微通道沿液体流动的方向呈正弦波形，微通道的截面为倒三角形，相邻的微通道之间形成沿液体流动方向呈正弦波形的微肋壁，微肋壁的截面为梯形，微通道侧壁面及底面上设置有微凹穴结构，具有三角截面的正弦波形微通道存在二次流，加强扰动，破坏热边界层，强化传热，微通道结构底部存有冷却剂，能够有效推迟局部干涸现象，抑制回流现象，降低沸腾不稳定性的影响，微通道侧壁面和底部的微凹穴结构，大大增加了换热面积，增加了表面粗糙度，为气泡成核提供了充足的汽化核心，进一步加强换热，且微凹穴结构相较于微凸起结构稳定性更好，随着时间的增长，更不容易被破坏，保证了微通道换热器工作可靠性。2)本专利技术提供了一种具有微凹穴结构的正弦波形微通道换热器的制备方法，采用超快激光加工若干等间距平行排列的微通道制得微通道热沉，利用超快激光加工，可实现复杂结构形状通道的加工，并在其表面刻蚀微凹穴结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有微凹穴结构的正弦波形微通道换热器，其特征在于，包括上下贴合在一起的盖板和微通道热沉，所述盖板和所述微通道热沉之间通过固定装置进行固定连接；/n所述盖板上开设有冷却剂入口和冷却剂出口；/n所述微通道热沉靠近所述盖板的一侧开设有入口储液槽、出口储液槽及若干等间距平行排列的微通道，所述入口储液槽与所述冷却剂入口连通，所述出口储液槽与所述冷却剂出口连通，所述微通道热沉靠近所述盖板的一侧的边缘一圈上开设有密封槽，且所述密封槽将所述入口储液槽、所述出口储液槽及所述微通道包围；/n所述微通道的进液端与所述入口储液槽相连，所述微通道的出液端与所述出口储液槽相连，所述微通道沿液体流动的方向呈正弦波形，所述微通道的截面为倒三角形，相邻的所述微通道之间形成沿液体流动方向呈正弦波形的微肋壁，所述微肋壁的截面为梯形，所述微通道侧壁面及底面上设置有微凹穴结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有微凹穴结构的正弦波形微通道换热器，其特征在于，包括上下贴合在一起的盖板和微通道热沉，所述盖板和所述微通道热沉之间通过固定装置进行固定连接；
所述盖板上开设有冷却剂入口和冷却剂出口；
所述微通道热沉靠近所述盖板的一侧开设有入口储液槽、出口储液槽及若干等间距平行排列的微通道，所述入口储液槽与所述冷却剂入口连通，所述出口储液槽与所述冷却剂出口连通，所述微通道热沉靠近所述盖板的一侧的边缘一圈上开设有密封槽，且所述密封槽将所述入口储液槽、所述出口储液槽及所述微通道包围；
所述微通道的进液端与所述入口储液槽相连，所述微通道的出液端与所述出口储液槽相连，所述微通道沿液体流动的方向呈正弦波形，所述微通道的截面为倒三角形，相邻的所述微通道之间形成沿液体流动方向呈正弦波形的微肋壁，所述微肋壁的截面为梯形，所述微通道侧壁面及底面上设置有微凹穴结构。


2.根据权利要求1所述的具有微凹穴结构的正弦波形微通道换热器，其特征在于，所述固定装置包括若干个第一固定块及与所述第一固定块数量一致的第二固定块；
若干个所述第一固定块安装于所述盖板的侧面，所述第一固定块上开设有第一安装孔；
若干个所述第二固定块安装于所述微通道热沉的侧面，所述第一固定块与所述第二固定块的安装位置相对应，所述第二固定块上开设有第二安装孔，所述盖板和所述微通道热沉通过所述第一安装孔和所述第二安装孔进行固定连接。


3.根据权利要求1所述的具有微凹穴结构的正弦波形微通道换热器，其特征在于，所述微肋壁的梯形截面的上底为200μm，所述微肋壁的梯形截面的下底为400μm，所述微肋壁的梯形截面的高为573μm，所述微肋壁沿液体流动方向的正弦波形的波长为1000μm，所述微肋壁沿液体流动方向的正弦波形的振幅为100μm。


4.根据权利要求1所述的具有微凹穴结构的正弦波形微通道换热器，其特征在于，所述微通道的倒三角形截面的底边为200μm，所述微通道的倒三角形截面的顶角为20°，所述微通道的倒三角形截面的高为573μm，所述微通道沿液体流动方向的正弦波形的波长为1000μm，所述微通...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振宇，崔佩霖，李鹏，许安易，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31