[发明专利]一种仿叶组织多孔散热器的设计及制造方法

说明书

一种仿叶组织多孔散热器的设计及制造方法，步骤包括：确定双胞元仿叶组织结构形式，引入融合因子进行双胞元仿叶组织结构的光滑过渡处理，建立双胞元仿叶组织结构曲面模型，生成仿叶组织多孔散热器三维模型，并根据三维模型生成仿叶组织多孔散热器，实现了双胞元仿叶组织散热器的整体制造，产品可靠性高，生产流程短。

技术领域

本发明涉及一种仿叶组织多孔散热器的设计及制造方法，属于仿生结构领域。

背景技术

随着航空航天、电子电器等工业领域的发展，对散热器等热管理系统的高性能、低能耗提出了越来越高的要求。散热器是用来传导、释放热量的一系列装置的统称，其中电子散热器通常是针对大功率电子元器件散热的散热片，可采用自然冷却、强制冷却等方式，其中自然冷却不需外加电源、流场，具有系统简单、能耗低等优势，一般采用翅片式散热结构，传统翅片式散热器一般由密排的薄板组成，散热性能有限。

仿生设计是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门新兴边缘学科，植物和动物在几百万年的自然进化当中不仅完全适应自然而且其程度接近完美，仿生学试图在技术方面模仿动物和植物在自然中的功能。植物叶片的蒸腾作用是水分从活的植物体表面(主要是叶子)以水蒸汽状态散失到大气中的过程，不仅是植物对水分的吸收和运输的一个主要动力，而且能够降低叶片的温度，防止叶片被灼伤。叶片组织主要由表皮细胞、叶肉细胞组成，其中表皮细胞含有众多气孔，水分通过气孔蒸腾作用以水蒸气形式排出，气孔的边缘效应促进了蒸腾作用的进行；叶肉细胞分为栅栏组织和海绵组织，具有交联孔隙结构，为水分的高效运输提供路径及负压。

通过向自然界学习，模拟叶片双组织结构，借鉴气孔蒸腾的流体驱动能力及气孔蒸腾的高效性，可以实现散热器冷却介质的高效流动以及高效蒸腾作用，提高散热器的散热效果。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统翅片式散热器散热性能有限的问题，提出了一种仿叶组织多孔散热器的设计及制造方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种仿叶组织多孔散热器的设计及制造方法，步骤如下：

(1)确定双胞元仿叶组织结构形式；

(2)引入融合因子进行双胞元仿叶组织结构的光滑过渡处理；

(3)建立双胞元仿叶组织结构曲面模型；

(4)生成仿叶组织多孔散热器三维模型；

(5)根据步骤(4)所得三维模型进行增材制造，生成仿叶组织多孔散热器。

所述步骤(1)中，确定双胞元仿叶组织结构形式的具体方法为：

分析叶片组织截面结构，设计双胞元形式仿叶组织结构，通过P函数、D函数模拟叶表细胞、叶肉细胞，形成仿叶表细胞层、仿叶肉细胞层。

所述仿叶表细胞层的函数表达式为：

f_P(x,y,z)＝cos(x)+cos(y)+cos(z)＝0

所述仿叶肉细胞层的函数表达式为：

f_D(x,y,z)＝sin(x).*sin(y).*sin(z)+sin(x).*cos(y).*cos(z)+

cos(x).*sin(y).*cos(z)+cos(x).*cos(y).*sin(z)＝0。

所述步骤(2)中，双胞元仿叶组织结构的光滑过渡处理方法具体为：

所述融合因子k_P、k_D分别为仿叶表细胞层融合因子、仿叶肉细胞层融合因子，其中：