一种带扰流装置的微通道热沉的制作方法

本实用新型涉及热沉设备技术领域，具体涉及一种带扰流装置的微通道热沉。

背景技术：

随着大功率开关器件制造工艺的不断改进，更大功率，更高频率的开关器件越来越多的应用于工业产品之上，解决此类型开关器件的散热是保证开关器件长期安全、稳定工作的核心。微通道热沉属于被动冷却方式散热的一种典型性应用，是解决微小型传热元件中高热流密度耗散的有效方法之一。通过增加换热面积，增加流体流动时的扰动，增加冷却工质的流速都能够从一定程度上提高散热器的换热效率。

目前存在左、右凹槽结构的微通道热沉，但这种结构的热沉加工相对复杂。还有带有齿状周期分布扰流片的热通道热沉，虽然这种结构的设计能够强化散热，但是会增加整个器件的压损。上述设计虽然能够令热沉的散热性能得到改善，但是对散热器结构的变化相对简单，无法满足更大功率开关器件的冷却要求。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种新颖的带扰流装置的微通道热沉，此种结构的设计可以使流体工质在微流道内更容易使流动边界层被打断，在扰流柱后方产生漩涡，增强微流道中冷热流体的混合，提高散热的效率。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种带扰流装置的微通道热沉，包括具有内腔的热沉本体，所述热沉本体的内腔设有供冷却液流经的多条微通道，所述微通道内沿冷却液流动方向匀布有多组扰流装置。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种带有扰流装置的微通道热沉，由于其在设置的扰流装置，令冷却液在微通道内产生漩涡，打断流动边界层，增强冷热流体的混合，提高散热的效率。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，每组所述扰流装置包括一个或者多个扰流器，每个所述扰流器包括第一扰流片和第二扰流片，所述第一扰流片竖直设置，其下端固定在所述微通道的底壁上，其上端与所述第二扰流片的下端面连接，所述第二扰流片的上端面沿冷却液流经方向自下而上向下游倾斜。

采用上述进一步方案的有益效果是：上述扰流装置能够令所述冷却液在微通道内产生旋涡和湍流，从而打断流动边界层，增强冷热流体的混合，提高散热的效率。这种结构的扰流器设计相比较于直通型的热沉，不但沿流体流动的水平方向上能不断打断流体流动，促进热源传导过来的热量于冷却流体进行多次、充分的对流换热，同时沿流体流动的垂直方向同样能够产生这种对流换热的效果，因此相比较于传统的直通型热沉，这种热沉的换热能力较高。

进一步，所述第一扰流片沿冷却液流经方向平行布置，所述第二扰流片与所述第一扰流片垂直布置。

采用上述进一步方案的有益效果是：上述扰流装置其位于下方的第一扰流片对冷却液产生较小的阻力，位于上方的扰流片对冷却液产生较大的阻力，并令冷却液产生旋涡和湍流。这种组合式的扰流器设计能够有效的在周期分布的每个扰流器的后端产生多漩涡，这种多漩涡的流场分布特性决定了其温度场的分布特性要好于传统的直通型热沉。

进一步，所述第一扰流片为直角梯形，所述直角梯形的直角边固定在所述微通道的底壁上，所述直角梯形的斜边与所述第二扰流片的下端面连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：上述设计令扰流器在起到扰流作用的同时，尽量少的阻流。这样的一种组合方式，相比较于垂直结构和水平结构的组合方式能够更有效的减少流体工质在流动过程中的阻力。当然相比较于直通型的热沉，这种结构的设计会对对流体工质产生一定的阻力，但是这种结构的设计却能使冷、热流体充分混合，强化换热效果。

进一步，所述第二扰流片为等腰梯形或者矩形，其以第一扰流片为轴对称布置在所述第一扰流片的上端。

采用上述进一步方案的有益效果是：上述轴对称形状能够令所述扰流器对冷却液的作用是对称的，这有利于冷却液在流道中均匀的流动，不会产生热源局部温度过高的现象，这对于热沉的有效散热是有效的。第二扰流片采用等腰梯形或者矩形这种结构设计，相比较于直通型的热沉，能够有效的打断流体边界层，加速冷、热流体的充分混合。

进一步，每组所述扰流装置为轴对称设置，且每组所述扰流装置沿所述微通道的中心线布置。优选的，每组所述扰流装置包括三个扰流器，三个所述扰流器分布在等腰三角形的顶点位置，且所述等腰三角形的中线与所述微通道的中心线重合。当每组所述扰流装置包括一个扰流器时，所述扰流器为轴对称结构，且所述扰流器的对称轴与所述微通道的中心线重合。当每组所述扰流装置包括三个扰流器时，三个所述扰流器分别分布在等腰三角形的顶点位置，且所述等腰三角形的中线与所述微通道的中心线重合。

采用上述进一步方案的有益效果是：上述轴对称形状能够令所述扰流器对冷却液的作用是对称的。这种机构的设计能够使得流体在每个扰流装置的后方都能够产生流体涡旋，通过周期化的排列，这些漩涡能够有效的加速混合冷、热流体，提高整个热沉的换热效果。

进一步，所述微通道为相互平行的直流通道，且所述微通道与冷却液流经方向垂直的截面为矩形。具体的，所述微通道的底壁为所述矩形的长边，且所述矩形的长宽之比为2:1。

采用上述进一步方案的有益效果是：微通道相互平行能够令热沉本体传热更加均匀，所述微通道的竖直截面为矩形，能够令冷却液的流动更加顺畅，也同时为后续布置扰流装置设置更大空间。通过仿真我们从热沉横截面速度场流线图可以发现，采用这一比例的结构相比较于直通型微通道热沉，在横截面方向上除了主漩涡，还能够形成明显的诱导漩涡，诱导漩涡在沿流向发展过程中会逐渐向下壁面移动，使得壁面边界层速度梯度增大，同时能够减薄并破坏边界层厚度，减小边界层热阻。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一实施例提供的一种带扰流装置的微通道热沉主视图；

图2为本实用新型另一实施例提供的一种带扰流装置的微通道热沉主视图；

图3为本实用新型一实施例提供的一种带扰流装置的微通道热沉的微通道细节图；

图4为本实用新型另一实施例提供的一种带扰流装置的微通道热沉的微通道细节图；

图5为本实用新型一实施例提供的一种带扰流装置的微通道热沉的扰流器细节图；

图6为本实用新型另一实施例提供的一种带扰流装置的微通道热沉的扰流器细节图；

图7为本实用新型提供的一种带扰流装置的微通道热沉(左)和现有不带扰流装置热沉(右)同一截面温度分布图；

图8为本实用新型提供的一种带扰流装置的微通道热沉沿微通道流道横截面速度矢量图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、热沉本体；2、微通道；3、扰流装置；31、第一扰流片；32、第二扰流片。

具体实施方式

以下结合附图1-8对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1-8所示，本实用新型提供了一种带扰流装置的微通道热沉，包括具有内腔的热沉本体1，所述热沉本体1的内腔设有供冷却液流经的多条微通道2，所述微通道2内沿冷却液流动方向匀布有多组扰流装置3。

本实用新型提供的一种带有扰流装置的微通道热沉，由于其在设置的扰流装置3，令冷却液在微通道2内产生漩涡，打断流动边界层，增强冷热流体的混合，提高散热的效率。

优选的，每组所述扰流装置3包括一个或者多个扰流器，每个所述扰流器包括第一扰流片31和第二扰流片32，所述第一扰流片31竖直设置，其下端固定在所述微通道2的底壁上，其上端与所述第二扰流片32的下端面连接，所述第二扰流片32的上端面沿冷却液流经方向自下而上向下游倾斜。上述扰流装置3能够令所述冷却液在微通道2内产生旋涡和湍流，从而打断流动边界层，增强冷热流体的混合，提高散热的效率。这种结构的扰流器设计相比较于直通型的热沉，不但沿流体流动的水平方向上能不断打断流体流动，促进热源传导过来的热量于冷却流体进行多次、充分的对流换热，同时沿流体流动的垂直方向同样能够产生这种对流换热的效果，因此相比较于传统的直通型热沉，这种热沉的换热能力较高。

优选的，所述第一扰流片31沿冷却液流经方向平行布置，所述第二扰流片32与所述第一扰流片31垂直布置。上述扰流装置3其位于下方的第一扰流片31对冷却液产生较小的阻力，位于上方的扰流片对冷却液产生较大的阻力，并令冷却液产生旋涡和湍流。这种组合式的扰流器设计能够有效的在周期分布的每个扰流器的后端产生多漩涡，这种多漩涡的流场分布特性决定了其温度场的分布特性要好于传统的直通型热沉，如图7中左图为带扰流装置热沉热度场云图，右图为不带扰流装置热沉热度场云图，当然这种设计也会产生一定的压损，但是对于主动的换热方式，这一能量损失是可以接受的。

优选的，所述第一扰流片31为直角梯形，所述直角梯形的直角边固定在所述微通道2的底壁上，所述直角梯形的斜边与所述第二扰流片32的下端面连接。上述设计令扰流器在起到扰流作用的同时，尽量少的阻流。这样的一种组合方式，相比较于垂直结构和水平结构的组合方式能够更有效的减少流体工质在流动过程中的阻力。当然相比较于直通型的热沉，这种结构的设计会对对流体工质产生一定的阻力，但是这种结构的设计却能使冷、热流体充分混合，强化换热效果。

优选的，所述第二扰流片32为等腰梯形或者矩形，其以第一扰流片31为轴对称布置在所述第一扰流片31的上端。上述轴对称形状能够令所述扰流器对冷却液的作用是对称的，这有利于冷却液在流道中均匀的流动，不会产生热源局部温度过高的现象，这对于热沉的有效散热是有效的。第二扰流片采用等腰梯形或者矩形这种结构设计，相比较于直通型的热沉，能够有效的打断流体边界层，加速冷、热流体的充分混合。

优选的，每组所述扰流装置3为轴对称设置，且每组所述扰流装置3沿所述微通道2的中心线布置。优选的，每组所述扰流装置3包括三个扰流器，三个所述扰流器分布在等腰三角形的顶点位置，且所述等腰三角形的中线与所述微通道2的中心线重合。当每组所述扰流装置3包括一个扰流器时，所述扰流器为轴对称结构，且所述扰流器的对称轴与所述微通道2的中心线重合。当每组所述扰流装置3包括三个扰流器时，三个所述扰流器分别分布在等腰三角形的顶点位置，且所述等腰三角形的中线与所述微通道2的中心线重合。

上述轴对称形状能够令所述扰流器对冷却液的作用是对称的。这种机构的设计能够使得流体在每个扰流装置的后方都能够产生流体涡旋，通过周期化的排列，这些漩涡能够有效的加速混合冷、热流体，提高整个热沉的换热效果。

优选的，所述微通道2为相互平行的直流通道，且所述微通道2与冷却液流经方向垂直的截面为矩形。具体的，所述微通道2的底壁为所述矩形的长边，且所述矩形的长宽之比为2:1。微通道2相互平行能够令热沉本体1传热更加均匀，所述微通道2的竖直截面为矩形，能够令冷却液的流动更加顺畅，也同时为后续布置扰流装置3设置更大空间。通过仿真我们从热沉横截面速度场流线图(图8)可以发现，采用这一比例的结构相比较于直通型微通道热沉，在横截面方向上除了主漩涡，还能够形成明显的诱导漩涡，诱导漩涡在沿流向发展过程中会逐渐向下壁面移动，使得壁面边界层速度梯度增大，同时能够减薄并破坏边界层厚度，减小边界层热阻。

优选的，所述热沉本体1由非金属材料硅制成。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本实用新型；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时,凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。