[发明专利]一种高效的压电式受迫对流散热强化装置及方法

说明书

本发明公开了一种高效的压电式受迫对流散热强化装置及方法。该装置包括热沉基座、压电悬臂梁、顶部盖板和固定件，顶部盖板设于热沉基座上，形成顶部封闭的热沉通道，在热沉通道的上游沿流动方向布置压电悬臂梁，通过在压电悬臂梁的压电材料上施加交流电压，压电悬臂梁自由端将产生振动，当交流电压频率与悬臂梁谐振频率相同时，压电悬臂梁将达到共振状态，产生大幅度的周期性摆动，带动悬臂梁下游流体旋转运动，形成二次流，使得壁面附近流体与主流区流体之间的掺混得到强化，最终促进了热沉与冷却介质之间的热量交换，实现强化散热。该散热装置额外功耗低，散热效果好，流动损失变化不大，这为解决现代电子器件的高热流密度问题提供了新的思路。

技术领域

本发明涉及一种高效的压电式受迫对流散热强化装置及方法，可广泛应用于现代电子器件的散热领域。

背景技术

随着现代电子技术的高速发展，电子器件已经深入到人们日常生活的各个角落，在诸多应用领域中都发挥着重要的作用。时至今日，人们对电子器件的安装体积和性能要求越来越高，总体呈现出小型化、高效化、集成化的发展趋势，这一发展趋势，意味着电子器件排放的热流密度急剧增加，这使得电子器件的热设计受到了严峻的考验。对于以提高散热面积和提高冷却介质流速为代表的传统受迫对流散热技术，在封装尺寸和阻力损失的约束下，已经难以再进一步发展。而新一代使用压电陶瓷等智能材料作为执行元件的主动式散热技术，凭借着低功耗、高性能、低噪声等诸多优点，已经在越来越多的电子散热场合得到了应用。然而，目前现有的以压电材料为基础的散热技术主要应用于电子器件的自然对流散热。为了将压电式主动散热技术拓展到受迫对流散热领域，本团队通过深入的机理研究与合理的结构设计，开发了一种高效的压电式受迫对流散热强化装置，其具有优异的散热能力和较小的流动损失，同时额外需要的消耗功率也很小，十分适用于现代电子器件的散热场合。

发明内容

为了解决现代电子器件的高热流密度问题，本发明提供了一种高效的压电式受迫对流散热强化装置及方法。

一种高效的压电式受迫对流散热强化装置，包括热沉基座、压电悬臂梁、顶部盖板和固定件；顶部盖板盖于热沉基座上，形成顶部封闭的热沉通道，压电悬臂梁由弹性薄片和压电材料组成，弹性薄片一端由固定件固定，另一端伸入热沉通道内形成悬臂，压电材料粘结在弹性薄片的固定端，冷却介质从装备有压电悬臂梁的一侧流入热沉通道，从通道另一侧流出。

采用上述装置工作时，将热沉基座与电子器件发热部分通过导热管接触或直接接触，在压电材料上施加交流电压，使压电悬臂梁产生振动，尤其是当所施加的交流电压的频率与压电悬臂梁的固有频率相等时，可使悬臂梁在共振状态下工作，输出振幅最大值，从而使得悬臂梁与冷却介质发生剧烈的相互作用，带动悬臂梁下游的流体产生旋转，形成二次流，使得壁面附近流体与主流区流体之间的掺混得到强化，实现强化散热。

本发明的有益效果在于：第一，利用压电材料作为主动散热技术的驱动材料，额外功耗低，噪声小；第二，通过在压电材料上施加频率与悬臂梁固有频率相同的交流电压，使得悬臂梁在共振状态下工作，输出振幅最大值；第三，压电悬臂梁摆动将带动下游流体发生旋转，获得向壁面区运动的速度分量，使得壁面附近的温度边界层被破坏，壁面附近流体与主流区流体之间的掺混得到强化，从而促进了热沉与冷却介质之间的热量交换；第四，压电悬臂梁结构简单、紧凑、可靠度高，可应用于解决各种电子产品的热设计问题。

附图说明

图1是压电式受迫对流散热强化装置单个通道单元的示意图；

图2是压电悬臂梁静止时的示意图；

图3是压电悬臂梁振动时的示意图；

图4是压电式受迫对流散热强化装置的整体示意图；

附图标记说明：1.热沉基座；2.压电悬臂梁；3.顶部盖板；4.固定件；5.压电材料；6.弹性薄片。

具体实施方式