一种用于气液混合态介质内的散热装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于气液混合态介质内的散热装置及其制备方法，属于散热领域，散热装置包括：散热板及多个支撑结构。散热板竖直方向的一侧与热源接触；散热板与热源相对的一侧设置多个支撑结构；多个支撑结构在散热板的水平方向上均匀设置，且水平方向的各支撑结构的面积相等；多个支撑结构的面积在竖直方向上从上至下依次变大；散热板、支撑结构及热源均位于气液混合态介质内。通过合理设置支撑结构的位置及大小，能够准确掌握不同区域的散热面积，进而提高了散热装置压力分布的一致性及散热的均匀性。热的均匀性。热的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于气液混合态介质内的散热装置及其制备方法


[0001]本专利技术涉及散热领域，特别是涉及一种用于气液混合态介质内的散热装置及其制备方法。

技术介绍

[0002]氟碳化合物等绝缘性能优异、不可燃、化学稳定性好，并且沸点较低(40—70℃)的材料，在相变(液—气)过程会带走大量的热量，因此在水轮发电机、大数据中心的计算机散热方面得到应用。通常将这类借助相变换热过程实现对装置冷却散热的材料称为相变换热介质，这类介质在高压设备的散热领域应用还不成熟，而换流阀等高压直流输电装备对于具有高可靠性的散热系统具有重要需求，以用于换流阀冷却的去离子水冷系统为例，以水为冷却介质的散热系统在发生渗漏后，往往导致绝缘失效，并且水冷系统设备较多，控制复杂，都会导致换流阀的故障率增加。
[0003]通常的散热器为管道结构，其根本原因在于通常散热器需要将散热介质封闭在固定空间，通过热传导或对流实现散热。但是应用相变介质的散热器需要具备以下特点：(1)与热源紧密接触，只有紧密接触才能实现低热阻的热传导。(2)承受压力情况下接触面压力分布均匀。(3)相变换热的效率与接触面积密切相关，因此需要尽可能增大接触面积实现良好的散热器
‑
相变换热介质的热传导。(4)为了实现对热源的均匀散热，散热器表面的温度分布需要尽可能接近一致。(5)相变换热介质在发生液
‑
气相变后，如果气泡黏附在散热器表面，将显著降低热传导效率，因此散热器的表面需要不容易积聚气泡。
[0004]但是对于浸没在换流阀内的散热器，各现有解决方案存在矛盾甚至是互斥的，难以直接应用。尤其是承受压力的需求导致其他要求的实现存在困难，比如：(1)与液体接触面积大需要散热器内部采用较细的柱状或翅状结构，而这种结构对于承受压情况下的散热器，难以承受较大压力实现与热源的紧密接触。(2)散热器表面的温度分布尽可能接近需要散热器内部不同区域的热阻存在差异，这就需要不同区域的散热面积不同，这就给压力均匀的设计带来困难。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种用于气液混合态介质内的散热装置及其制备方法，可提高散热装置压力分布的一致性，且散热均匀。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种用于气液混合态介质内的散热装置，包括：散热板及多个支撑结构；
[0008]所述散热板竖直方向的一侧与热源接触；
[0009]所述散热板与所述热源相对的一侧设置多个支撑结构；
[0010]多个支撑结构在散热板的水平方向上均匀设置，且水平方向的各支撑结构的面积相等；
[0011]多个支撑结构的面积在竖直方向上从上至下依次变大；
[0012]所述散热板、支撑结构及热源均位于气液混合态介质内。
[0013]可选地，各支撑结构包括球台部分及圆柱部分；
[0014]所述球台部分的上底面半径小于下底面半径；
[0015]所述球台部分的下底面设置在所述散热板上；
[0016]所述圆柱部分的底面半径与所述球台部分的上底面半径相等；
[0017]所述圆柱部分的一个底面与所述球台部分的上底面固定。
[0018]可选地，所述球台部分的下底面半径与所述圆柱部分的底面半径的比例关系为：
[0019][0020]其中，R为球台部分的下底面半径，r为圆柱部分的底面半径。
[0021]可选地，各支撑结构的面积由气液混合态介质的气泡分布率确定。
[0022]可选地，所述气液混合态介质为相变换热介质。
[0023]为实现上述目的，本专利技术还提供了如下方案：
[0024]一种用于气液混合态介质内的散热装置的制备方法，包括：
[0025]获取第一个结构参数；所述结构参数用于限定支撑结构的面积；
[0026]针对散热板竖直方向的第n行区域，基于第n个结构参数制备多个支撑结构，0<n；
[0027]将多个支撑结构均匀设置在散热板竖直方向的第n行区域；
[0028]根据第n个结构参数、第n行区域支撑结构的数量、散热板水平方向的长度、第n行区域支撑结构与散热板底部的距离，确定第n行区域的散热面积；
[0029]调整第n个结构参数，得到第n+1个结构参数，使第n行区域的散热面积与第n+1行区域的散热面积的变化率在设定范围内，且第n+1行区域各支撑结构的面积大于第n行区域各支撑结构的面积；
[0030]判断第n+1行区域各支撑结构与散热板的底部距离是否小于设定阈值，若是，则散热装置制备完成，否则继续制备第n+1行区域的支撑结构。
[0031]可选地，所述根据第n个结构参数、第n行区域支撑结构的数量、散热板水平方向的长度、第n行区域支撑结构与散热板底部的距离，确定第n行区域的散热面积，具体包括：
[0032]根据第n个结构参数、第n行区域支撑结构的数量、散热板水平方向的长度，计算第n行区域的初始散热面积；
[0033]根据第n行区域支撑结构与散热板底部的距离，确定第n行区域的气泡分布率；
[0034]根据第n行区域的初始散热面积及第n行区域的气泡分布率，确定第n行区域的散热面积。
[0035]可选地，各支撑结构包括球台部分及圆柱部分；所述结构参数包括：球台部分的下底面半径、圆柱部分的底面半径及圆柱部分的高；
[0036]采用以下公式，计算第n行区域的初始散热面积：
[0037][0038]其中，S
row,n
为第n行区域的初始散热面积，N
n
为第n行区域支撑结构的数量，R
n
为第n行区域各支撑结构的球台部分的下底面半径，r
n
为第n行区域各支撑结构的圆柱部分的底面半径，h
n
为第n行区域各支撑结构的圆柱部分的高，D为散热板水平方向的长度。
[0039]可选地，采用以下公式，确定第n行区域的气泡分布率：
[0040]α
bubble,n
＝k1+k2y
n
；
[0041]其中，α
bubble,n
为第n行区域的气泡分布率，k1和k2为拟合系数，y
n
为第n行区域支撑结构与散热板底部的距离。
[0042]可选地，采用以下公式，计算第n行区域的散热面积：
[0043]S'
row,n
＝S
row,n
(1
‑
α
bubble,n
)；
[0044]其中，S'
′
row,n
为第n行区域的散热面积，S
row,n
为第n行区域的初始散热面积，α
bubble,n
为第n行区域的气泡分布率。
[0045]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：散热板、支撑结构及热源均位于气液混合态介质内，散热板竖直方向的一侧与热源接触本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于气液混合态介质内的散热装置，其特征在于，所述用于气液混合态介质内的散热装置包括：散热板及多个支撑结构；所述散热板竖直方向的一侧与热源接触；所述散热板与所述热源相对的一侧设置多个支撑结构；多个支撑结构在散热板的水平方向上均匀设置，且水平方向的各支撑结构的面积相等；多个支撑结构的面积在竖直方向上从上至下依次变大；所述散热板、支撑结构及热源均位于气液混合态介质内。2.根据权利要求1所述的用于气液混合态介质内的散热装置，其特征在于，各支撑结构包括球台部分及圆柱部分；所述球台部分的上底面半径小于下底面半径；所述球台部分的下底面设置在所述散热板上；所述圆柱部分的底面半径与所述球台部分的上底面半径相等；所述圆柱部分的一个底面与所述球台部分的上底面固定。3.根据权利要求2所述的用于气液混合态介质内的散热装置，其特征在于，所述球台部分的下底面半径与所述圆柱部分的底面半径的比例关系为：其中，R为球台部分的下底面半径，r为圆柱部分的底面半径。4.根据权利要求1所述的用于气液混合态介质内的散热装置，其特征在于，各支撑结构的面积由气液混合态介质的气泡分布率确定。5.根据权利要求1所述的用于气液混合态介质内的散热装置，其特征在于，所述气液混合态介质为相变换热介质。6.一种用于气液混合态介质内的散热装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：获取第一个结构参数；所述结构参数用于限定支撑结构的面积；针对散热板竖直方向的第n行区域，基于第n个结构参数制备多个支撑结构，0<n；将多个支撑结构均匀设置在散热板竖直方向的第n行区域；根据第n个结构参数、第n行区域支撑结构的数量、散热板水平方向的长度、第n行区域支撑结构与散热板底部的距离，确定第n行区域的散热面积；调整第n个结构参数，得到第n+1个结构参数，使第n行区域的散热面积与第n+1行区域的散热面积的变化率在设定范围内，且第n+1行区域各支撑结构的面积大于第n行区域各支撑结构的面积；判断第n+1行区域各支撑结构与散热板的底部距离是否小于设定阈值，若是，则散热装置制备完成，否则继续制备第n+1行区域的支撑结构。7.根据权利要求6所述的用于气液混合态介质内的散热装置的制备方法，其特征在于，所述根据第n个结构参数、第n行...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永生，罗兵，肖微，曾向君，陈少杰，王婷婷，张豪峰，赵志斌，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：