一种3D打印多孔介质冷板及其制备工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种3D打印多孔介质冷板，入口歧管和出口歧管中设置贯通歧管分流层的孔，从而形成入口流道和出口流道；多孔介质流道层包括位于上侧的多孔介质，多孔介质与入口流道和出口流道连接；所述多孔介质是采用3D打印技术，从而使得多孔介质为变孔隙结构，在流体入口处孔径大于流体出口处孔径。本发明专利技术旨在提供一种3D打印多孔介质冷板，对多孔结构进行详细研究及优化，可保证流体的均匀分布，提高换热效率，进一步增大换热面积和提高温度均匀性方面。面。面。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印多孔介质冷板及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及一种冷板技术，尤其涉及一种多孔介质冷板。

技术介绍

[0002]换热器是将冷热流体进行热量交换的设备，也称热交换器。换热器在诸多领域均被广泛应用。在如电子、石化、通信、航空航天等领域由于其工作场景较为特殊，因此对换热器的尺寸和重量有着特殊要求，且要求其换热能力更强。1981年有学者提出利用微通道进行散热，既可以缩小换热器的体积又可以利用微通道较高的比表面积大幅提高其换热能力。然而其虽然换热能力较强，但由于微通道的水力直径较小其整体的压力损失也较高。
[0003]微通道换热器是一种稳定、可靠、高效的热交换器，但在对微通道进行设计的同时也要考虑加工工艺，有时会受到诸多限制，例如流道结构复杂，导致难以加工；微通道总面积不变情况下，翅片越厚间距越大，热交换面积越小，冷板散热能力越低，为增大换热面积，将翅片厚度设计的过小且排布密集，难以加工并增大了流动阻力，不利于系统的流量分配。此类优化设计是通过改变流道形式及减小翅片体积，达到强化换热的目的，由于流道的散热区域受限，如何进一步增大换热面积并提高温度均匀性从而强化其散热性能极其重要。
[0004]专利CN201811088661.9公开了一种歧管式射流微通道换热器，通过射流强化扰动提升换热，且提高的其底部的温度分布特性。专利CN202010760271.2公开了一种高深宽比的歧管式微通道换热器，提高了换热面积，且有效降低压降。专利2021104191686公开了一种歧管式金刚石微通道换热器，满足高热密度散热。专利CN201910136170.5公开了一种微通道冷板的制作方法，提出在部分或全部微通道间壁母板上增加与微通道对应的开孔结构，该开孔结构可在微通道内流体进行沸腾换热时使气泡渗透到其他微通道中，从而改善微通道冷板的温度均匀性，抑制流动的不稳定性。专利CN202022767986.9公开了一种基于多孔硅微通道的微通道散热器，实现同时增大传热效率与降低管内压降，具有较好的换热性能。但是这两个专利并未对多孔结构进行详细研究及优化，在进一步增大换热面积和提高温度均匀性方面具有局限性。
[0005]针对上述缺陷，本专利技术对目前的冷板进行了改进，提供一种可3D打印多孔介质微通道冷板。对多孔结构进行详细研究及优化，可保证流体的均匀分布，提高换热效率，进一步增大换热面积和提高温度均匀性方面。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在提供一种3D打印多孔介质冷板。对多孔结构进行详细研究及优化，可保证流体的均匀分布，提高换热效率，进一步增大换热面积和提高温度均匀性方面。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种3D打印多孔介质冷板，包括从上到下依次设置的流体进出口层、歧管分流层和多孔介质流道层，流体进出口层包括设置在上侧两端的流体入口和流体出口，歧管分流层包括上侧设置的入口歧管流道、出口歧管流道、入口歧管、出口歧管、入口流道和出口流
道，其中入口歧管流道的首端、出口歧管流道尾端分别连接流体进出口层的流体入口和流体出口，入口歧管流道、出口歧管流道分别与入口歧管、出口歧管连接，歧管分流层包括多个弯折的板状结构，所述板状结构一侧形成入口歧管，另一侧形成出口歧管，所述入口歧管和出口歧管不直接连通；入口歧管和出口歧管中设置贯通歧管分流层的孔，从而形成入口流道和出口流道；多孔介质流道层包括位于上侧的多孔介质，多孔介质与入口流道和出口流道连接；所述多孔介质是采用3D打印技术，从而使得多孔介质为变孔隙结构，在入口流道流体入口处孔径大于出口流道流体出口处孔径。
[0008]作为优选，沿着入口歧管流道内流体的流动方向，多孔介质的孔隙分布密度逐渐增加。
[0009]作为优选，沿着入口歧管流道内流体的流动方向，多孔介质的孔隙分布密度逐渐增加的幅度不断变大。
[0010]作为优选，所述多孔介质的孔隙分布密度按照如下规律进行变化：入口歧管流道的总长度为L，入口歧管流道末端（最下游）的密度是M
末
，距离入口歧管流道入口的距离为l位置的密度M规律如下：M＝b*M
末
+c*M
末
*（l/L）
a
，其中a、b、c是系数，满足如下要求：1.082<a<1.105，0.994<b+c<1.012，0.498<b<0.629。
[0011]作为优选，随着l/L增加，a逐渐增加。作为优选，0.095<a<1.100，b+c=1，0.565<b<0.578。
[0012]作为优选，所述多孔介质是采用3D打印技术进行制造。
[0013]作为优选，入口歧管流道、出入口歧管流道设计为锥形结构，沿着入口歧管流道内流体的流动方向，流动通道面积越来越小，沿着出口歧管流道内流体的流动方向，流动通道面积越来越大。
[0014]作为优选，弯折的板状结构是V形结构或者梯形结构。
[0015]与现有技术相比较，本专利技术具有如下的优点：1) 本专利技术对毛细结构采用3D打印的技术，使其实现变孔隙结构，在流体入口处孔径大于流体出口处孔径，提高了工作效率，使其孔径变化更加准确。
[0016]2）本专利技术对毛细结构采用3D打印的技术，使其实现变孔隙密度沿着流体流动进行渐变化分布，改善了加工工艺，能够通过计算机准确实现规律性变化。相对于现有的制备工艺，加工结果更加准确，通过计算机程序实现准确的结构幅度变化，大大提高了加工的精度，从而提高了换热效率。
[0017]3）本专利技术通过流体入口处孔径大于流体出口处孔径，冷却工质在不同孔径处对流换热能力不同，从而改善了冷板整体的均温性及对流换热能力。
[0018]4）本专利技术通过孔隙密度沿着流体流动进行渐变化分布，使得流体在整个换热面上分布均匀，从而改善了冷板整体的均温性及对流换热能力。
附图说明
[0019]图1是本专利技术冷板分层结构图；图2是本专利技术冷板流体进出口层结构图上部结构图；图3是本专利技术歧管上层结构图；
图4是本专利技术冷板歧管下层结构示意图；图5是本专利技术歧管剖面结构及流动示意图；图6是多孔介质流道层结构图示意图；图7是多孔介质冷板整体流动示意图。
[0020]图中：1、流体进出口层；11、流体入口；12、流体出口；2、歧管分流层；21、入口歧管流道；22、出口歧管流道；23、入口歧管；24、出口歧管；25、入口流道；26、出口流道；3、多孔介质流道层；31、多孔介质。
具体实施方式
[0021]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。
[0022]图1
‑
7公开了一种3D打印多孔介质冷板。如图1所示，一种3D打印多孔介质冷板，包括从上到下依次设置的流体进出口层1、歧管分流层2和多孔介质流道层3，流体进出口层1包括设置在流体进出口层上侧两端的流体入口11和流体出口12，歧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印多孔介质冷板，包括从上到下依次设置的流体进出口层、歧管分流层和多孔介质流道层，流体进出口层包括设置在上侧两端的流体入口和流体出口，歧管分流层包括上侧设置的入口歧管流道、出口歧管流道、入口歧管、出口歧管、入口流道和出口流道，其中入口歧管流道的首端、出口歧管流道尾端分别连接流体进出口层的流体入口和流体出口，入口歧管流道、出口歧管流道分别与入口歧管、出口歧管连接，歧管分流层包括多个弯折的板状结构，所述板状结构一侧形成入口歧管，另一侧形成出口歧管，所述入口歧管和出口歧管不直接连通；入口歧管和出口歧管中设置贯通歧管分流层的孔，从而形成入口流道和出口流道；多孔介质流道层包括位于上侧的多孔介质，多孔介质与入口流道和出口流道连接；所述多孔介质是采用3D打印技术，从而使得多孔介质为变孔隙结构，在入口流道流体入口处孔径大于出口流道流体出口处孔径。2.如权利要求1所述的冷板，其特征在于，沿着入口歧管流道内流体的流动方向，多孔介质的孔隙分布密度逐渐增加。3.如权利要求2所述的冷板，其特征在于，沿着入口歧管流道内流体的流动方向，多孔介质的孔隙分布密度逐渐增加的幅度不断变大。4.如权利要求3所述的冷板，其特征在于，所述多孔介质的孔隙分布密度按照如下规律进行变化：入口歧管流道的总长度为L，入口歧管...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛公明，朱迅仪，崔峥，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：