[发明专利]基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种散热设计方法，特别涉及一种基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法。

背景技术

传导传热系统一般由两种材料组成，基底由低导热系数的材料构成，高导热系数的材料作为插件分布于基底材料中。两种材料的导热系数之比远大于1，以便使在基底材料中产生的热量能有效地通过高导热系数材料组成的散热通道，引导至由位于系统边缘的散热口散热。如果把动物血管系统看成吸收环境物质的传输系统，其功能和传导传热系统中的高导热材料组成的散热通道十分相似。动物的动静脉血管系统能在一定的三维空间内输送或收集能量或物质，在考虑了输送或收集物质的粘性和摩擦的同时，合理巧妙地调整血管分枝的成长方向和成长速度，使其末端遍布整个三维空间，并使压力和流量的分布达到一定的功能要求。其形态的形成是一个能实现多个功能目标的优化过程，血管分枝总是沿着能使其功能目标最优的方向发展，并随时根据局部成长环境和需实现的功能目标自适应地改变其成长方向和成长速度。

发明内容

本发明是针对传导传热系统的散热效率的问题，提出了一种基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法，通过研究动物血管系统形态形成机理，设计得到的散热通道因具有和动物血管系统类似的功能最优性，能自适应各种复杂的热环境，并达到最优的散热效率。

本发明的技术方案为：一种基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法，被散热体产生的热量，依赖传热系统中高导热系数材料散热，传热系统散热通道分布设计方法包括如下步骤：

1)对被散热体建立有限元模型，并进行有限元热分析后，得到被散热体的温度分布；

2)根据动物血管系统形成机理，把散热体的热量分布看成动物血管系统中待吸收物质的浓度分布，进行能量损失最小及自适应设计，能量损失最小及自适应设计遵循动物血管系统的分歧规则和成长规则，分歧规则：遵循能量损失最小设计，即当分歧后的两个子枝半径的立方和等于母枝半径的立方时，该分枝系统输送流体时克服粘性摩擦和维持流体流动所损失的能量最小；成长规则：遵循自适应成长规律，即新枝总是沿着能使整个分枝系统的某一功能目标达到最优的方向分歧成长；

3)根据步骤2)的能量损失最小及自适应成长规律进行散热通道的分布设计，得到高导热系数材料组成的散热通道的几何形状。

所述高导热系数材料组成的散热通道的几何形状具有自然分枝系统的形态，高导热系数材料分布密度依赖于被散热体的热量分布，即热量大的区域高导热系数材料的分布密度高，而热量小的区域分布密度低。

本发明的有益效果在于：本发明基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法，利用动物血管系统的形成机理设计的传导传热系统，可以使所设计的传热系统具有与动物血管系统相似的自适应性，在复杂的热边界条件下，散热通道能根据系统的即时热量分布灵活合理地配置，使整个系统的温度分布尽可能均匀。

附图说明

图1为本发明基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法中均匀分布待吸收物质浓度圆形领域动物血管系统形态示意图；

图2为本发明基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法中均匀分布待吸收物质浓度半球壳形领域动物血管系统形态示意图；

图3为本发明基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法中非均匀圆型领域待吸收物质浓度分布示意图；

图4为本发明基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法中非均匀分布待吸收物质浓度圆型领域动物血管系统形态示意图；

图5为本发明基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法中均匀分布热发生率的传热系统有限元模型示意图；

图6为本发明基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法中均匀分布热发生率的传热系统温度场示意图；

图7为本发明基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法中非均匀分布热发生率的传热系统有限元模型示意图；

图8为本发明基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法中非均匀分布热发生率的传热系统温度场示意图；

图9为与本发明基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法相比较的水平垂直树状传热系统有限元模型示意图；

图10为与本发明基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法相比较的水平垂直树状传热系统温度场示意图；

图11为本发明基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法中自然分枝传热系统有限元模型示意图；

图12为本发明基于动物血管系统形成机理的散热通道分布设计方法中自然分枝传热系统温度场示意图。