一种强迫对流下串联型液冷散热器热阻的测试方法与流程

本发明属于散热测试，尤其涉及一种强迫对流下串联型液冷散热器热阻的测试方法。

背景技术：

1、散热器是常用的电力电子元器件散热装置，散热器传导热量的性能直接影响到对电力电子元器件的散热，热阻是判断散热器性能好坏的重要指标，如何准确而简单的测试散热器的热阻变得尤为重要，现已有大量关于散热器的热阻测试方法，如公开号为cn101191780a的中国专利申请。

2、液冷翅片散热器常用于电力电子元器件的散热，准确而便捷的测试液冷冷翅片散热器的热阻尤为重要。现有的测试方法基本都需要将串联型液冷散热器安装到发热器件甚至整机设备上进行联合测试，所涉及测试设备包含泵、恒温水箱等，种类繁多及价格高昂；另外，目前串联型液冷散热器的热阻测试方法没有很好地考虑确切影响串联型液冷散热器热阻的参数，导致计算出来的热阻与实际工况下相差甚远；其中一部分还需要大量传感器获取到各种物理参数才能计算出热阻，数据获取方法复杂且效率较低；整体上串联型液冷散热器热阻测试方法复杂而且效率较低，参数针对性较差。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种强迫对流下串联型液冷散热器热阻的测试方法，在保证较高的测试准确度下解决了现有技术中串联型液冷散热器热阻值测试需要结构复杂的测试设备和测试方法复杂且效率较低、参数选择没有针对确切影响串联型液冷散热器热阻的参数而导致结果准确度不高的问题。

2、本发明提供了一种强迫对流下串联型液冷散热器热阻的测试方法，包括以下步骤：

3、步骤1、采集实际工况下，发热器的测试参数和串联型液冷散热器测试参数；

4、其中，发热器的测试参数包括发热器总功耗；使用功率计直接采集实际工况下发热器的总功耗；

5、串联型液冷散热器的测试参数包括串联型液冷散热器长度、串联型液冷散热器宽度、串联型液冷散热器总高度、串联型液冷散热器流道壁面和串联型液冷散热器壁两侧分别的最短距离总和、串联型液冷散热器流道水力直径和串联型液冷散热器的材料导热率；

6、步骤2、基于串联型液冷散热器的测试参数确定串联型液冷散热器的流道数量；

7、步骤3、基于串联型液冷散热器的测试参数和所述步骤2的流道数量确定流道长度和流道总面积；

8、步骤4、使用运动粘度测量仪、热导率测试仪和比热容测量仪分别采集流道内冷却工质对应不同温度的运动粘度数值、导热率数值和比热容数值；基于采集的运动粘度数值、导热率数值和比热容数值进行拟合分别获得流道内冷却工质运动粘度与温度的拟合函数、流道内冷却工质导热率与温度的拟合函数和流道内冷却工质普朗特数与温度的拟合函数；

9、步骤5、采集强迫对流下当前环境温度和冷却工质进口流速，基于步骤4的拟合函数获取冷却工质的对流换热系数；

10、步骤6、根据步骤5冷却工质的对流换热系数获取串联型液冷散热器的对流换热热阻；

11、步骤7、根据步骤1的串联型液冷散热器的测试参数确定串联型液冷散热器的热传导热阻；

12、步骤8、基于步骤6的对流换热热阻和步骤7的热传导热阻确定串联型液冷散热器的总热阻。

13、可选地，步骤3中的流道长度的获取方法为：

14、如果流道数量，流道长度 l2为：

15、

16、如果流道数量，流道长度 l2为：

17、

18、其中， a表示流道数量界值； n1表示串联型液冷散热器的流道数量； l1表示串联型液冷散热器长度； dbound表示串联型液冷散热器流道壁面和串联型液冷散热器壁两侧分别的最短距离总和； dh表示串联型液冷散热器流道水力直径。

19、可选地，步步骤3中的流道总面积的获取方法为：

20、如果流道数量，流道总面积 s1为：

21、

22、如果流道数量，流道总面积 s1为：

23、

24、其中， a表示流道数量界值； n1表示串联型液冷散热器的流道数量； l1表示串联型液冷散热器长度； dbound表示串联型液冷散热器流道壁面和串联型液冷散热器壁两侧分别的最短距离总和； dh表示串联型液冷散热器流道水力直径； w1表示串联型液冷散热器宽度。

25、可选地，步流道内冷却工质为饱和水。

26、可选地，步步骤4中饱和水运动粘度与温度的拟合函数的获取方法为：

27、使用运动粘度测量仪采集饱和水对应不同温度的运动粘度数值，获得运动粘度数据集合 γdata，表达式为：

28、

29、其中，表示对应温度区间下限的饱和水的运动粘度数值，表示对应温度区间上限的饱和水的运动粘度数值；

30、基于运动粘度数据集合 γdata确定饱和水运动粘度与温度的拟合函数，表达式为：

31、

32、其中， temp表示温度；表示饱和水运动粘度与温度的函数关系； a1、 a2、 a3、 a4、 a5、 a6和 a7分别表示饱和水运动粘度的拟合系数。

33、可选地，步步骤4中饱和水导热率与温度的拟合函数的获取方法为：

34、使用热导率测试仪采集饱和水对应不同温度的导热率数值，获得导热率数据集合 λdata，表达式为：

35、

36、其中，表示对应温度区间下限的饱和水的导热率数值，表示对应温度区间上限的饱和水的导热率数值；

37、基于导热率数据集合 λdata确定饱和水导热率与温度的拟合函数，表达式为：

38、

39、其中，temp表示温度；表示饱和水导热率 λ与温度的函数关系； b1、 b2、 b3、 b4、 b5、 b6和 b7分别表示饱和水导热率的拟合系数。

40、可选地，步骤4中饱和水普朗特数与温度的拟合函数的获取方法为：

41、使用比热容测量仪采集饱和水对应不同温度的比热容数值，获得比热容数据集 cpdata，表达式为：

42、

43、其中，表示对应温度区间下限的饱和水的比热容数值，表示对应温度区间下限的饱和水的比热容数值；

44、基于比热容数据集合 cpdata获得饱和水的普朗特数数据集合data，表达式：

45、

46、

47、其中，表示对应温度区间下限的饱和水的普朗特数数值；表示对应温度区间下限的饱和水的普朗特数数值；表示温度区间内对应第 i个温度步长的饱和水的普朗特数数值；表示饱和水在温度区间内对应第 i个温度步长的温度的比热容数值，表示饱和水在温度区间内对应第 i个温度步长的温度的运动粘度数值，表示饱和水在温度区间内对应第 i个温度步长的温度的导热率数值， i=1,2,…, n， n表示温度区间的温度步长总数；

48、基于饱和水的普朗特数数据集合data确定饱和水普朗特数 pr与温度的拟合函数，表达式为：

49、

50、其中， temp表示温度；表示饱和水普朗特数 pr与温度的函数关系； c1、 c2、 c3、 c4、 c5、 c6和 c7分别表示饱和水普朗特数的拟合系数。

51、可选地，步步骤5中采集强迫对流下当前环境温度和冷却工质进口流速，基于步骤4的拟合函数获取冷却工质的对流换热系数的具体步骤为：

52、步骤51、采集强迫对流下当前环境温度，根据步骤4的拟合函数获得当前环境温度下的饱和水运动粘度、饱和水普朗特数和饱和水导热率；

53、步骤52、在强迫对流条件下，使用流速计采集冷却工质进口流速，基于采集的进口初始流速确定冷却工质的对流换热系数。

54、与现有技术相比，本发明至少具有现如下有益效果：本发明的方法能够针对性地基于串联型液冷散热器的特征参数结合市面常用设备获取到的物理参数来快速测试出串联型液冷散热器热阻值，所选参数贴合串联型液冷散热器的实际工况，测试操作简单且高效，并能保证较高的准确度。