一種抗變形耐壓均溫板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種換熱裝置，具體涉及的是一種為提高換熱性能而設(shè)計(jì)的具有隨機(jī) 分形特征支撐結(jié)構(gòu)的抗變形耐壓均溫板。
【背景技術(shù)】
[0002] 均溫板是熱管技術(shù)領(lǐng)域的一種延伸應(yīng)用，其工作原理與熱管類似，都是工作介質(zhì) 在受熱面吸熱蒸發(fā)，通過對(duì)流將熱量帶到冷凝端釋放，凝結(jié)的工作介質(zhì)經(jīng)過內(nèi)部的毛細(xì)組 織重新回到受熱端以達(dá)到循環(huán)利用的目的。這種利用工作介質(zhì)在微小空間中的相變過程進(jìn) 行熱量傳遞的方式，具有極高的導(dǎo)熱性、優(yōu)良的等溫性以及環(huán)境的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。目前，均 溫板的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要集中在傳熱效率的強(qiáng)化以及抗變形耐壓能力的提升兩個(gè)方面。然而， 現(xiàn)有的均溫板或是犧牲其傳熱效率，或是忽略其抗變形耐壓的能力，使得均溫板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 和傳熱效能無法實(shí)現(xiàn)最大化的結(jié)合。
[0003] 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體電子器件的高頻、高速以及集成電路的密集和 小型化，使得電子器件的功率快速增大。傳統(tǒng)的一些均溫板已經(jīng)不能夠滿足電子器件穩(wěn)定 工作的需要，尤其在航天航空和微電子領(lǐng)域中涉及劇烈振動(dòng)的場合，因此迫切需要對(duì)現(xiàn)有 的均溫板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到在強(qiáng)化傳熱效率的同時(shí)，進(jìn)一步提高均溫板抗變形耐壓能 力的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題
[0005] 為解決現(xiàn)有均溫板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在的抗變形耐壓能力不佳，均溫板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和 傳熱效能無法實(shí)現(xiàn)最大化結(jié)合的問題，本發(fā)明提供了一種內(nèi)部支撐柱按照分形布朗運(yùn)動(dòng)特 性布置的均溫板，實(shí)現(xiàn)了均溫板的高效換熱和抗變形耐壓。
[0006] 技術(shù)方案
[0007] 為解決均上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種抗變形耐壓均溫板，包括上蓋板、下蓋板以及支撐結(jié)構(gòu)，所述上蓋板和下蓋板 組合形成了封閉的容置空間，所述支撐結(jié)構(gòu)位于所述容置空間內(nèi)，其特征在于：所述支撐結(jié) 構(gòu)由截面尺寸服從分形布朗運(yùn)動(dòng)特性的成面狀分布的支撐柱組成；所述下蓋板包括導(dǎo)熱基 板、上通道入口板和下通道出口板，在所述上通道入口板上設(shè)置有冷凝介質(zhì)輸入口，在所述 下通道出口板上設(shè)置有冷凝介質(zhì)輸出口，在所述導(dǎo)熱基板的上表面內(nèi)側(cè)設(shè)置有上層流道， 在所述導(dǎo)熱基板的下表面內(nèi)側(cè)設(shè)置有下層流道，所述上層流道與所述冷凝介質(zhì)輸入口連 通，所述下層流道與所述冷凝介質(zhì)輸出口連通，所述上層流道和下層流道均為分級(jí)流道網(wǎng) 絡(luò)，所述分級(jí)流道網(wǎng)絡(luò)以平面方式所述導(dǎo)熱基板的中心向四周鋪展開來，流道網(wǎng)絡(luò)至少含 有四級(jí)流道，所述上層流道和下層流道通過設(shè)置在所述分級(jí)流道網(wǎng)絡(luò)末級(jí)通道端部的上下 垂直通道相連通。
[0009] 所述分級(jí)流道網(wǎng)絡(luò)每級(jí)流道為分叉數(shù)Ν= 2的Υ型分級(jí)流道網(wǎng)絡(luò)。
[0010] 在所述上蓋板內(nèi)表面設(shè)置有由一層親水性的金屬氧化物薄膜形成的毛細(xì)結(jié)構(gòu)；在 所述下蓋板內(nèi)表面設(shè)置有由一層立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的疏水性納米材料形成的毛細(xì)結(jié)構(gòu)。
[0011] 所述分級(jí)流道網(wǎng)絡(luò)上下級(jí)流道之間的分叉角α取60°到180°之間的實(shí)數(shù)，上下 級(jí)流道的水力直徑之比為Ν1/Λ，其中直徑維數(shù)Δ取大于7/3小于等于3的實(shí)數(shù)，上下級(jí)流 道的長度之比為N1/d，其中長度維數(shù)d取大于1小于等于2的實(shí)數(shù)。
[0012] 所述支撐柱包括位于所述容置空間中心均勻布置的四根主支撐柱以及所述主支 撐柱周圍分布著的輔助支撐柱，所述輔助支撐柱的截面中心與所述主支撐柱的截面中心 在正方形平面內(nèi)呈均勻分布，所述輔助支撐柱的截面尺寸滿足分形布朗運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)分形特 性，其中位于前一級(jí)正方形中心的下一級(jí)輔助支撐柱的截面尺寸為4個(gè)頂點(diǎn)處所述輔助支 撐柱截面尺寸的均值與滿足正態(tài)分布N(0, 〇12)的一個(gè)隨機(jī)數(shù)之和；位于前一級(jí)正方形邊 界中點(diǎn)的下一級(jí)輔助支撐柱的截面尺寸為2個(gè)端點(diǎn)處所述輔助支撐柱截面尺寸的均值與 滿足正態(tài)分布N(0,。22)的一個(gè)隨機(jī)數(shù)之和；方差。i2與。22之比r= 夂其中分形布 朗運(yùn)動(dòng)的Hurst指數(shù)Η可以取0到1之間的實(shí)數(shù)。
[0013] 與上蓋板接觸的毛細(xì)結(jié)構(gòu)是通過化學(xué)氣相沉積法沉積在該板內(nèi)表面的一層金屬 氧化物薄膜，其表面水接觸角只有10°左右，極大地改善了上蓋板內(nèi)表面的親水性，從而強(qiáng) 化了其吸水能力，使得熱量能夠及時(shí)通過相變傳熱被帶走，防止上蓋板因熱應(yīng)力過大而損 壞；與下蓋板接觸的毛細(xì)結(jié)構(gòu)是通過溶膠-凝膠法形成的一層立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的納米材料， 這種材料的表面水接觸角最高可達(dá)到160°，具有超強(qiáng)的疏水性，有助于工作介質(zhì)的及時(shí)回 流，提高了均溫板的傳熱效率。
[0014] 支撐柱按照主-輔分層布置，在容置空間的中間位置均勻布置4根主支撐柱，利于 均溫板整體的受力均勻，在主支撐柱的周圍另外布置一些輔助支撐柱，這些支撐柱的尺寸 服從分形布朗運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特性，這樣布置不僅能夠在為工作介質(zhì)提供足夠流動(dòng)空間的前提 下充分強(qiáng)化均溫板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；而且在容置空間內(nèi)形成一種隨機(jī)分形流道，使得發(fā)生相變 的工作介質(zhì)能夠迅速地由點(diǎn)到面進(jìn)行擴(kuò)散，一方面增大了傳熱的比面積，提高了傳熱效率； 另一方面也使得均溫板表面的溫度更加均勻，大大提高了均溫板的壽命。
[0015] 上下層流道均采用Υ型的分級(jí)流道網(wǎng)絡(luò)，分級(jí)流道網(wǎng)絡(luò)以平面方式向四周同時(shí)鋪 展開來，流道網(wǎng)絡(luò)至少含有四級(jí)，具體的級(jí)數(shù)根據(jù)實(shí)際情況來確定，每級(jí)流道的分叉數(shù)Ν= 2,上下級(jí)流道之間的分叉角取60°到180°之間的實(shí)數(shù)，分級(jí)流道網(wǎng)絡(luò)中的工作介質(zhì)由上 通道入口板和下通道出口板進(jìn)出，上層流道和下層流道通過流道末端呈陣列布置的上下垂 直通道相連通。分級(jí)流道網(wǎng)絡(luò)的上下級(jí)流道的水力直徑之比為Ν1/Λ，其中Δ為直徑維數(shù)， 現(xiàn)有的研究表明，對(duì)于管道內(nèi)流動(dòng)來說，當(dāng)Α取7/3到3之間的實(shí)數(shù)時(shí)，流動(dòng)阻力較??；上 下級(jí)流道的長度之比為N1/d，其中d為長度維數(shù)，根據(jù)前人的研究成果可知，長度維數(shù)d取 大于1小于等于2時(shí)，分級(jí)流道網(wǎng)絡(luò)的尺寸達(dá)到最佳比例關(guān)系。
[0016] 分級(jí)流道網(wǎng)絡(luò)，通過級(jí)數(shù)的增加，不斷縮小流道的尺度，使得傳熱系數(shù)大幅提高； 分級(jí)流道網(wǎng)絡(luò)以平面方式向四周同時(shí)鋪展布置，且通過呈陣列布置的上下垂直通道形成相 互連通的上下兩層流道，充分利用了有限的空間，增大了換熱面積，實(shí)現(xiàn)了熱量由點(diǎn)到面的 擴(kuò)散，不僅能提高流動(dòng)換熱的效率，有效地降低流動(dòng)壓力損失，而且使得均溫板下蓋板表面 的溫度更加均勻。
[0017] 有益效果
[0018] 本發(fā)明涉及一種具有隨機(jī)分形特征支撐結(jié)構(gòu)的抗變形耐壓均溫板。該抗變形耐壓 均溫板充分利用了容置空間來布置具有分形布朗運(yùn)動(dòng)特性的支撐柱，使得容置空間內(nèi)形成 一種隨機(jī)分形流道，在不影響工作介質(zhì)流通性的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)了均溫板的抗變形耐壓能力， 一方面增大了傳熱的比面積，提高了傳熱效率；另一方面也使得均溫板表面的溫度更加均 勻，大大提高了均溫板的壽命；下蓋板內(nèi)部的分級(jí)流道網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了熱量由點(diǎn)到面的擴(kuò)散， 增大了換熱面積，不僅能提高流動(dòng)換熱的效率，有效地降低流動(dòng)壓力損失，而且使得均溫板 下蓋板表面的溫度更加均勻。
【附圖說明】
[0019] 圖1抗變形耐壓均溫板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2隨機(jī)分形支撐柱的布局示意圖；
[0021] 圖3下蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖4下蓋板內(nèi)部的流道結(jié)構(gòu)示意圖；