(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210927402.0 (22)申请日 2022.08.03 (71)申请人 河北工业大 学 地址 300401 天津市北辰区西平 道5340号 (72)发明人 解立垚　张煦哲　陈占秀　闵春华　 (74)专利代理 机构 西安铭泽知识产权代理事务 所(普通合伙) 61223 专利代理师 梁静 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种液冷散热板流道建模方法 (57)摘要 本发明提供了一种液冷散热板流道建模方 法， 属于散热技术领域， 包括根据散热板的尺寸 确定二维计算域的尺寸大小； 根据散热板的入口 流体参数和散热强度来确定流体流速； 引入二维 计算域的设计变量， 通过设计变量将离散化的二 维计算域统一为流体结构单元或固体结构单元； 设置并求解流体结构单元和 固体结构单元的控 制方程， 根据散热和阻力的需求 设置二维计算域 的拓扑优化的目标函数和约束条件； 采用移动渐 近线算法对控制方程进行迭代， 根据拓扑优化的 目标函数和约束条件判断是否收敛， 产生目标函 数对应的二维流道模型的输出材料因子图； 将输 出材料因子图导为二维流道模型并建立三维流 道模型。 该拓扑优化流道的散热表现比普通并联 直流道的好。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115146419 A 2022.10.04 CN 115146419 A 1.一种液冷散热板流道建模方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 根据散热板的尺寸确定二维计算 域的尺寸大小； 根据散热板的入口流体参数和散热强度来确定流体流速； 引入所述二维计算域的设计变量， 通过所述设计变量将离散化的所述二维计算域统一 为流体结构单 元或固体结构单 元； 设置并求 解所述流体结构单 元和固体结构单 元的控制方程； 根据散热和阻力的需求设置所述 二维计算 域的拓扑优化的目标函数和约束条件； 采用移动渐近线算法对所述控制方程进行迭代， 根据所述拓扑优化的目标函数和约束 条件判断是否收敛， 产生所述目标函数对应的二维流道模型的输出 材料因子图； 将所述输出 材料因子图导 为二维流道模型； 根据所述 二维流道模型建立 三维流道模型。 2.根据权利要求1所述的液冷散热板流道建模方法， 其特征在于， 所述二维计算域包括 所述散热板的散热面、 流体入口及流体出口。 3.根据权利要求2所述的液冷散热板流道建模方法， 其特征在于， 所述流体入口及流体 出口呈斜对角分布于所述散热面两侧。 4.根据权利要求1所述的液冷散热板流道建模方法， 其特征在于， 设定所述二维计算域 的结构单 元所使用的所述拓扑优化法为变密度法的拓扑优化法。 5.根据权利要求1所述的液冷散热板流道建模方法， 其特征在于， 所述设计变量为插值 函数及γ。 6.根据权利要求1所述的液冷散热板流道建模方法， 其特征在于， 所述散热板的入口流 体参数包括流体进口流速和流体初始温度， 所述流体进口流速为0.01m/s ‑1m/s， 所述流体 初始温度为2 93.15K。 7.根据权利要求1所述的液冷散热板流道建模方法， 其特征在于， 所述流体结构单元的 控制方程由连续 性方程、 动量方程和能量方程 来控制。 8.根据权利要求7 所述的液冷散热板流道建模方法， 其特 征在于， 所述连续 性方程为： 其中， u为 流体流速， 为拉普拉斯 算子； 所述动量方程 为： 其中， ρ 为 流体的密度， P为 流体的压力， μ为 流体的运动粘度， F为 流体所受体积力； 所述能量方程 为： 其中， γ为设计变量， ρ 为流体的密度， cp为比热容， kf是流体的导热系数， ks是固体的导 热系数， Q 为热源强度， T为温度。 9.根据权利要求1所述的液冷散热板流道建模方法， 其特征在于， 所述拓扑优化约束条 件为所述 流体结构单 元占总面积的百分数。 10.根据权利要求1所述的液冷散热板流道建模方法， 其特征在于， 所述二维流道模型 通过平滑处理并拉伸生成所述 三维流道模型。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115146419 A 2一种液冷散热板流道建模方 法 技术领域 [0001]本发明属于 散热技术领域， 具体涉及一种液冷散热板流道建模方法。 背景技术 [0002]近年来， 随着航 空航天、 能源动力以及电子信息产业的迅猛发展， 各类尖端技术日 新月异， 电子设备的功率密度迅速提高， 最新一代CPU芯片的热流密度已达到10000W/m2。 因 此， 如何平衡传热性能与压力损失成为设计高效换 热器中必须解决的关键 课题之一。 [0003]目前， 换热器在散热方式上依旧采用传统的翅片热沉的自然对流或强迫对流方 式。 由于散热结构的复杂性的约束， 单相液体冷却已成为主导技术， 传统的单相直形液冷通 道为矩形(RCP)型)布置， 其有几个显著的缺点， 如流道会产生较高的水力阻力， 以及散热效 果不好导致的较高的温度梯度和平均温度。 例如， 如图1所示， 在 普通的矩形并联流道中， 漩 涡会在每个拐角产生， 导致冷却液在第三、 四、 五的二级通道中流动非常缓慢， 根据伯努利 原理， 流体总压在流动方向上减小， 且由于主通道壁产生的摩擦力， 静压在流向上降低， 从 而导致流量分布不良， 散热效果 不好。 [0004]可见， 传统的直形液冷流道已经无法满足当前电子设备的散热需求， 因此就需要 使用更加优化的散热片或散热器来辅助电子设备散热， 以保障设备的运行功率和使用 寿 命。 发明内容 [0005]为了克服上述现有技术存在的不足， 本发明提供了一种液冷散热板流道建模方 法。 [0006]为了实现上述目的， 本发明提供如下技 术方案： [0007]一种液冷散热板流道建模方法， 所述散热板散热面以及流体进出口， 包括如下步 骤： [0008]根据所述散热板的尺寸确定二维计算 域的尺寸大小； [0009]根据所述散热板的入口流体参数和散热强度来确定流体流速； [0010]引入所述二维计算域的设计变量， 通过所述设计变量将离散化的所述二维计算域 统一为流体结构单 元或固体结构单 元； [0011]设置并求 解所述流体结构单 元和固体结构单 元的控制方程； [0012]根据散热和阻力的需求设置所述 二维计算 域的拓扑优化的目标函数和约束条件； [0013]采用移动渐近线算法对所述控制方程进行迭代， 根据所述拓扑优化的目标函数和 约束条件判断是否收敛， 产生所述目标函数对应的二维流道模型的输出 材料因子图； [0014]将所述输出 材料因子图导 为二维流道模型； [0015]根据所述 二维流道模型建立 三维流道模型。 [0016]优选的， 所述 二维计算 域包括所述散热板的散热面、 流体入口及流体出口。 [0017]优选的， 所述 流体入口及流体出口呈斜对角分布于所述散热面两侧。说　明　书 1/5 页 3 CN 115146419 A 3