流线型电子设备散热器制造技术

本发明专利技术属于一种流线型电子设备散热器，涉及电子设备散热技术领域。它包括流线型肋片和热沉块。为了解决大功率高热流密度极端化散热问题，采用风扇和散热器一体化设计思想，根据风扇特性设计了与风扇出口风向一致的流线型散热器。其特点是：流线型肋片表面与风扇出流速度场矢量相切，顺应风扇出口风向，减少了流动阻力；扭曲表面有效增大了散热面积，从而提高了对流换热能力；同时流线型散热器起到风扇静导叶效果，降低整体噪音。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空气强迫对流的电子设备散热装置，特别是一 种流线型肋片的放射状散热器。可用于电力电子和通讯设备空气强迫对流冷却系统的散热器高效散热设计，特别是电脑CPU散热器。
技术介绍
目前，电子组件制造技术都朝轻、薄、短、小的方向发 展，电子设备的结构设计也趋向紧密性，这种趋势会使得单位 容积下热载荷急剧增加，因此必须配置适当的散热装置将热量 排除，以维持组件运转的稳定性与可靠性。近些年来，电子散热行业相继出现了许多不同的散热冷 却技术，如空气强迫对流换热、液体冷却换热和相变循环系统 等。空气冷却具有方便、设备简单、高可靠度及低成本等特 性，所以应用相当广泛。其中风扇沖击射流在局部冷却及快速 散热等方面具有优势，配合散热器对高功率电子组件进行冷 却，将是解决组件散热问题的有效途径。冷却系统的合理设 计，对于传热效率的提高与工作温度的降低，有着决定性的影响。CPU散热器是将CPU核心热量迅速导出的关键。目前CPU散热器及风扇设计制造者大都是各行设计，通过选配性能实验 或经验确定散热器与风扇组件。而对于同时拥有散热器及风扇 的少数制造厂商而言，只知一味追求高风量风扇，却忽略散热 器肋片设计对风扇性能的影响。另一方面，风扇性能缺陷本也 可能藉由肋片的优化设计而获得一定程度的补偿。 一般传统设计的CPU散热器肋片是笔直的，风扇出口流场不是均匀流，存在一定流向角，因而流体进入笔直肋片的散热器流道时，由于 受阻会在肋片上方会产生回流，无法顺利地进入散热器最底端 将热量带走。传统散热器的设计已经不能经受高热流密度带来 的严峻挑战，风扇与散热器一体化设计是当前空气强i^流散 热极端化设计的必然趋势，
技术实现思路
针对传统设计技术缺点，本专利技术的目的是提供一种电子 设备散热器。它的肋片外形为顺着风扇出风口流场流线，风扇 出itt度场矢量与散热器肋片入口表面相切，能够有效地使冷 空气气流平顺地流至散热器底部，快速且有效地将热量散开而 达到高效散热目的。同时，散热器对风扇可以起到静导叶的作 用，改善了风扇外特性和降低风扇散热器组件噪音。技术方案为了达到上述的专利技术目的，根据本专利技术的一个实施例， 提供了一种流线型电子设备散热器，它包括流线型散热片和热 沉块，其结构特点是，肋片是基于风扇和散热器一体化设计概 念根据风扇出口流场分布设计的扭曲型曲面。为了进一步实现本专利技术的目的，还可以通过以下技术方案来完成中心吸热热沉块是圆柱或是圆台形状。流线型散热 片围绕在热沉块周围，肋片数为30片，肋片厚度1咖。在流线 型散热器底部添加lmm厚度的圆盘。整体流线型电子设备散热 器外形为放射状。本专利技术能够产生的有益效果为了能从整体上提高空气 对流系统散热性能，基于场协同理论，提出一体化设计的理 念。根据风扇出口流场分布设计流线型散热器，使得风扇流场 与散热器流场匹配。合理设计的散热器内部流动比较平顺，流 场与温度场协调，改善了换热效果的同时也降低了流动阻力， 整体设计的散热器熵产减少，风扇的有用功损失降低。同时相 对风扇而言，流线型散热器可以起到静导叶的作用，改善了风 扇外特性和降低风扇散热器组件噪音。本专利技术的广泛应用能够 产生明显的社会和经济效益。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。附图说明图l为本专利技术的风扇和散热器结构的总体示意图2为本专利技术的流线型散热器结构示意图3为图2中的圆柱形中心吸热热沉块；图4为图2中的圆台形中心吸热热沉块；图5用于说明轴流风扇基元级速度三角形；图6用于说明CPU风扇的流体出流角度随半径r变化规律;图7和图8用于说明扭曲型肋片设计过程；图9为斜肋片散热器；具体实施例方式参见图1和2，本专利技术的一个实施例的流线型电子设备散热 器2包括流线型散热肋片3和热沉块4和5。肋片3是基于风扇1和 散热器一体化设计概念根据风扇l的出口流场分布设计的扭曲 型曲面。中心吸热热沉块4是圆柱或是光滑过渡的圆台形状(例 如，弧度半径为20mm),热沉块4和5可以采用铝铜材料组合， 或者热沉块4也可采用热管，流线型散热片3围绕在热沉块4周 围。在一个应用例子中，肋片数为30片，肋片厚度1咖。流线 型散热器2底部添加例如lmm厚度的、用良导热材料制作的圆盘 6。整体流线型电子设备散热器外形为放射状。设计时，首先可以根据风扇空气动力学设计理论(轴流风 扇基元级的速度三角形，见图5),或用计算流体力学或实验 方法得到额定工况下风扇出口流场特性，也就是不同半径处的 风扇流体出流角度7。在图5中，Cl表示进口气流绝对速度，Wl表示进口气流相 对速度，Cm^示气流轴向速度，u表示圆周速度，tp表示叶栅 节距，C2表示出口气流绝对速度，W2表示出口气流相对速度， P表示风扇流体出流角度，也就是出口气流与水平线夹角在半 径为r的柱面(与热沉块4、 5同轴)上的投影。图6显示了利用计算流体力学方法对9238风扇进行数值模 拟得到的结果，其为一条出流角度P -半径r关系曲线.现在描述一种具体的肋片设计方法。接着按照风扇的设 计方法参见图7和8，取图6中的出流角度P -半径r关系曲线上 某一截面的流体出流角度7 (例如r-40mm的流体出流角度P = 55度)，并考虑该点所对应的圆柱面9 (r-40mm)，把包含了 该圆柱9的轴(即热沉4和5的轴)的平面8，以该平面内和所述 轴相垂直的一条直线为转动轴，进行转动，直到该平面与水平线的夹角等于在所述柱面上的出流角度P;此时，我们获得了 该平面与该柱面的一^"相交曲线10。然后，再取出流角度P -半径r关系曲线上的另一个点， 并重复上述操作，而获得在另一个对应柱面上的一条相交曲 线。在对出流角度P -半径r关系曲线上的多个点(例如5个 点)进行上述操作并获得了相应的柱面上的相交曲线后，利用 诸如PROE或CATIA的设计软件，将这些相交曲线混合成扭曲型 肋片3。作为一种具体的方法，取图6中某一截面的流体出流角度7(例如r-40咖的流体出流角度P =55度)，在PROE或CATIA软 件里将lmm厚度的矩形肋片8在圆柱中心平面内旋转至流体出流 角度7，然后投影到对应的圆柱截面9 (例如r-40咖)，形成 三维的空间曲线IO。采用相同的方法做作出其它圓柱截面上的 空间曲线IO，通过混合各截面空间曲线形成扭曲型肋片3。与风扇设计方法不同的是，散热器肋片的不同半径截面是 等厚度的矩形条8，而不是翼型。最后封闭扭曲型肋片并实体 化，采用旋转阵列复制单个扭曲型肋片形成流线型电子设备散 热器2。其中，作为上述转动轴的直线可以取任意高度，但一般在 应该在从热沉4和5的顶部到它们的底部范围里。而且，上述对 出流角度P -半径r关系曲线上的多个点的操作一般应采用同 一条转动轴。制作时，可以先制作各个扭曲肋片，然后通过整 体焊接方式将多个肋片连接到中心热沉块4上，最后在底部焊 接圃盘6。值得说明的是，所采用的扭曲型肋片数量和厚度应视CPU 的功率和风扇性而定。圆盘6的厚度可以视具体情况进行调 整，也可以根据具体情况省略掉圆盘。图4所示的是光滑过渡 的圆台形状的中心吸热热沉块4，其圆台弧度也可适当调整。 在CPU的功耗和风扇功率大时，则肋片数可以应当相应增加， 由此形成的技术方案属本专利技术的保护范围。图9显示了本专利技术的另一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子设备散热器，包括：　与发热元件相热接触的中心热沉（４，５）；以及　设置在所述中心热沉周边上的多个散热肋片（３），所述多个散热肋片用于被置于一个冷却风扇（１）的冷却气流中，从而受到来自所述冷却风扇的冷却气流的冷却　其特征在于　所述多个散热肋片靠近所述冷却风扇的一端的肋片表面，与来自所述风扇的冷却气流的方向大致相切。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周建辉，杨春信，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[]