一种狭小空间内低阻高效定向散热的压电风扇制造技术

本实用新型专利技术提供了一种狭小空间内低阻高效定向散热的压电风扇结构，包括设置于压电风扇振子四周的四块挡流板，分布为左侧挡流板、右侧挡流板、上侧挡流板和下侧挡流板，四块挡流板与压电风扇振子之间有间距，四块挡流板围合成一个两端开口的半封闭式渐扩型气流通道，其中，较小的开口作为气流流道进口，较大的开口作为气流流道出口。本实用新型专利技术在压电风扇振子的左右上下四周设置挡板，其所构成气流流道为渐扩型，并限定了空间受限临界条件，能够有效限制压电风扇诱导涡系向四周扩散发展，减小了气流能量扩散消耗以及内摩擦消耗，提高了对下游定向换热的效能。下游定向换热的效能。下游定向换热的效能。

【技术实现步骤摘要】
一种狭小空间内低阻高效定向散热的压电风扇


[0001]本技术属于压电风扇散热
，特别涉及一种低阻尼、高换热能力的压电风扇结构，应用于狭小空间内高效定向散热。

技术介绍

[0002]各类高技术应用(如航空、航天、电力、通信等)要求电子设备向着小型化、轻量化的方向发展，功耗的增加和体积的减小导致现代电子设备的热流密度迅速升高，因而研究发展与工作环境相适应的冷却散热技术成为高性能电子设备技术发展的显著特点。本项目以发展受限空间下压电风扇的强化对流换热理论和技术为目标，特别是针对狭小空间内高效定向散热需求，开发一种低阻尼、高换热能力的压电风扇构型。
[0003]压电风扇(piezoelectric fan)是一种利用压电陶瓷材料的逆压电效应驱动柔性悬臂平板叶片在其基础共振频率下产生周期性弯曲振动，从而驱动周围空气产生定向流动的风扇振子。压电风扇振子除了具有固有材料阻尼外，还受到流体附加质量力以及流体粘性所致的阻尼力作用。特别是，当压电风扇振子与受限空间壁面的间距达到5mm以下时，压电风扇气动阻尼力急剧增大，振幅会显著降低[1]。因此，为了提高狭小空间内压电风扇能效，完善压电风扇振子构型设计以降低气动阻尼增大振幅是重要的途径之一。另外，由压电风扇成涡及脱涡过程可知压电风扇产生的流体涡系向四周扩散，定向散热效果不佳，如果通过受限空间构型设计进行流体涡系有效疏导是实现降低能耗、提高定向散热的有效途径。由上述内容可知，针对狭小空间定向散热问题，尚需要开发一种低阻尼、高换热能力的压电风扇构型，为压电风扇设计理论和技术的发展和完善提供参考。

技术实现思路

[0004]针对狭小空间内高效定向散热需求，本技术的目的是提供一种狭小空间内低阻高效定向散热的压电风扇。
[0005]为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：
[0006]一种狭小空间内低阻高效定向散热的压电风扇，包括设置于压电风扇振子四周的四块挡流板，分别为左侧挡流板、右侧挡流板、上侧挡流板和下侧挡流板，四块挡流板与压电风扇振子之间有间距，四块挡流板围合成一个两端开口的半封闭式渐扩型气流通道，其中，较小的开口作为气流流道进口，较大的开口作为气流流道出口。
[0007]所述四块挡流板均为梯形。
[0008]所述压电风扇振子位于气流流道进口处的一端与左侧挡流板、右侧挡流板之间的间距d1大于1mm，压电风扇振子位于气流流道出口处的一端与左侧挡流板、右侧挡流板之间的间距d2大于5mm，优选的，1mm≤d1≤5mm，5mm≤d2≤10mm。
[0009]所述气流通道的轴向长度L
b
为压电风扇振子的长度L2与振幅A之和。
[0010]所述气流流道进口的高度M1为压电风扇振子的振幅A的2倍，气流流道出口的高度M2为压电风扇振子的振幅A的6倍。
[0011]有益效果：本技术针对压电风扇在实际工程应用中的散热效能问题，提出了强化压电风扇在狭小空间内换热能力并降低振动阻尼的结构。本技术在压电风扇振子的左右上下四周设置挡板，其所构成气流流道为渐扩型，并限定了空间受限临界条件，能够有效限制压电风扇诱导涡系向四周扩散发展，减小了气流能量扩散消耗以及内摩擦消耗，提高对下游定向换热的效能。
附图说明
[0012]图1为压电风扇装置结构示意图；
[0013]图2为压电风扇振子气动阻尼随受限壁面间距d的变化规律；
[0014]图3为压电风扇振子梯形渐扩挡流板构型示意图主视图；
[0015]图4为压电风扇振子梯形渐扩挡流板构型示意图侧视图；
[0016]图5a为等距挡流板构型的速度梯度示意图；
[0017]图5b为梯形渐扩挡流板构型的速度梯度示意图；
[0018]其中：Ⅰ为压电风扇振子，Ⅱ为压电陶瓷片，Ⅲ为装配结构，Ⅳ为左侧挡流板，
Ⅴ
为右侧挡流板，
Ⅵ
为上侧挡流板，
Ⅶ
为下侧挡流板，
Ⅷ
为气流流道进口，
Ⅸ
为气流流道出口，L1为压电陶瓷片长度，L2为压电风扇振子长度，C为压电风扇振子宽度，L
b
为气流通道轴向长度，L
a
为左侧挡流板、右侧挡流板长度，L
c
为上侧挡流板、下侧挡流板长度，M1为气流流道进口高度(即左侧挡流板、右侧挡流板的上底长度)、M2为气流流道出口高度(即左侧挡流板、右侧挡流板的下底长度)，N1为气流流道进口宽度(即上侧挡流板、下侧挡流板的上底长度)、N2为气流流道出口宽度(即上侧挡流板、下侧挡流板的下底长度)，d为压电风扇振子与受限空间侧壁距离，d1为压电风扇振子位于气流流道进口处的一端与左侧挡流板、右侧挡流板之间的间距，d2为压电风扇振子位于气流流道出口处的一端与左侧挡流板、右侧挡流板之间的间距，k为表征振子在狭小壁面影响下受阻大小的无量纲数。
具体实施方式
[0019]下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。
[0020]如图1所示，压电风扇振子Ⅰ与压电陶瓷片Ⅱ连接，压电陶瓷片Ⅱ的端部设置有装配结构Ⅲ。本技术的一种狭小空间内低阻高效定向散热的压电风扇，包括设置于压电风扇振子Ⅰ四周的四块挡流板，分别为左侧挡流板Ⅳ、右侧挡流板
Ⅴ
、上侧挡流板
Ⅵ
和下侧挡流板
Ⅶ
，四块挡流板与压电风扇振子Ⅰ之间有间距，四块挡流板均为梯形，四块挡流板围合成一个两端开口的半封闭式渐扩型气流通道，其中，较小的开口作为气流流道进口
Ⅷ
，较大的开口作为气流流道出口
Ⅸ
。
[0021]本技术中，为提高压电风扇对下游的定向散热换热效果，根据压电风扇所诱导的流场特征，在压电风扇振子的左右上下四周设置四块挡流板，从而有效限制压电风扇诱导涡系向四周扩散发展，以减小气流能量耗散，增强对下游定向换热的效能。
[0022]针对压电风扇振子与狭小空间壁面的间距较小时，振子所受阻力显著增加的问题，参见图2，结合受限空间壁面粘滞力所致气动阻尼增加的特点和规律，本技术提出四块挡流板为梯形，其所构成气流流道为渐扩型，如图1、图3和图4所示。这主要是考虑到：
结合牛顿内摩擦定律其中，μ为流体动力粘性系数，为压电风扇振子与狭小空间壁面之间的速度梯度，当采用等间距流道时，如图5b所示，压电风扇振子与受限空间壁面的速度梯度从振子根部至前端部显著增大，进而受限空间壁面粘滞力所致气动阻尼也将沿程显著增大。因此，将四块挡流板围合成的气流通道设置为渐扩型，对比分析图5a和b可知，渐扩型的气流通道可以降低狭小空间壁面近壁区的速度梯度，减小粘滞力所致气动阻尼。
[0023]压电风扇振子位于气流流道进口处的一端与左侧挡流板、右侧挡流板之间的间距d1大于1mm，压电风扇振子位于气流流道出口处的一端与左侧挡流板、右侧挡流板之间的间距d2大于5mm，优选的，1mm≤d1≤5mm，5mm≤d2≤10mm。
[0024]气流通道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种狭小空间内低阻高效定向散热的压电风扇，其特征在于：包括设置于压电风扇振子四周的四块挡流板，分布为左侧挡流板、右侧挡流板、上侧挡流板和下侧挡流板，四块挡流板与压电风扇振子之间有间距，四块挡流板围合成一个两端开口的半封闭式渐扩型气流通道，其中，较小的开口作为气流流道进口，较大的开口作为气流流道出口。2.根据权利要求1所述的狭小空间内低阻高效定向散热的压电风扇，其特征在于：所述四块挡流板均为梯形。3.根据权利要求1所述的狭小空间内低阻高效定向散热的压电风扇，其特征在于：所述压电风扇振子位于气流流道进口处的一端与左侧挡流板、右侧挡流板之间的间距d1大于1mm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，高吉刚，刘洋，王罗亚，李恒超，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：新型
国别省市：