一种均匀变密度的仿生泡沫金属散热结构的制作方法

本发明属于散热结构，具体涉及一种均匀变密度的仿生泡沫金属散热结构。

背景技术：

1、传统的翅片式散热器是目前应用最广泛的一种形式，有易于加工的优点。但翅片式散热器的换热面积相对较小，且同体积下质量较大，难以应用于高热流密度且对散热器重量有要求的散热工况。

2、一般的泡沫金属散热器弥补了翅片式散热器比表面积小、质量大的劣势，且由于内部为无序的结构，气流受到的扰动较大从而形成局部微团，有利于进一步提升换热效率。但普通的泡沫金属散热器的缺点也很明显，由于孔隙率太小的原因，导热基板处的横截面积较小，从导热基板传递的热量也受到一定限制；此外由于泡沫金属内部为随机结构，热量并非沿直线路径传递，还需沿其他方向传递，因此由于结构的原因，金属内部导热热阻较大，导致泡沫金属散热器的有效散热厚度较小，散热效率较低。

3、而常规变密度泡沫金属散热器弥补了普通泡沫金属散热器的劣势，导热基板处采用低孔隙率低孔密度的泡沫金属，远离导热基板的部分采用高孔隙率高孔密度的泡沫金属，热量能通过金属部分有效的传导至更远的地方，提升了整体的散热效率。但不同孔密度的泡沫金属存在焊接问题，连接处的导热热阻较大，导致散热效率降低；且由于泡沫金属的孔隙率在连接处发生突变，传热路径温度梯度分布不均匀，因此采用常规变密度泡沫金属并不是最优的散热器设计方案。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种均匀变密度的仿生泡沫金属散热结构，由多级分支结构组成，能够最大程度上提升散热效率。

2、本发明是通过下述技术方案实现的：

3、一种均匀变密度的仿生泡沫金属散热结构，包括：散热基板和安装在散热基板的多级泡沫金属分支结构；

4、所述多级泡沫金属分支结构包括：顺序连接的一级分支结构、二级分支结构、……、n级分支结构；n为大于或等于2的自然数；其中，一级分支结构由若干单金属柱组成，每个单金属柱分散的底部固定在散热基板上，每个单金属柱的顶部分散延伸出若干第二分支金属条，所有第二分支金属条组成二级分支结构；每个第二分支金属条的顶部分散延伸出若干第三分支金属条，所有第三分支金属条组成三级分支结构；依次类推，n-1级分支结构的每个第n-1分支金属条的顶部分散延伸出若干第n分支金属条，所有第n分支金属条组成n级分支结构。

5、进一步的，所述一级分支结构由p个单金属柱组成，p为大于零的自然数，p个单金属柱的长度方向一致，且所有单金属柱呈交错矩阵均匀分布；每个单金属柱的底部固定在散热基板上，顶部向上分散延伸出m个第二分支金属条，m*p个第二分支金属条组成二级分支结构，即二级分支结构由m*p个第二分支金属条组成；每个单金属柱对应的m个第二分支金属条的长度方向一致，且每个单金属柱对应的m个第二分支金属条沿圆周方向均匀分布，且所有第二分支金属条均匀分布；m为大于或等于3的自然数；每个第二分支金属条的顶部向上分散延伸出m个第三分支金属条，所有第三分支金属条，即m*m*p个第三分支金属条组成三级分支结构，即三级分支结构由m2*p个第三分支金属条组成；每个第二分支金属条对应的m个第三分支金属条的长度方向一致，且每个第二分支金属条对应的m个第三分支金属条沿圆周方向均匀分布，且所有第三分支金属条均匀分布；依次类推，n级分支结构由mn-1*p个第n分支金属条组成，且所有第n分支金属条均匀分布。

6、进一步的，所述一级分支结构的横截面、二级分支结构的总横截面、……、n级分支结构的总横截面面积保持不变。

7、进一步的，所述一级分支结构、二级分支结构、……、n级分支结构之间的连接处为平滑过渡。

8、进一步的，所述多级泡沫金属分支结构由3d打印成型。

9、进一步的，所述m的取值为3或4。

10、进一步的，所述n的取值为2或3。

11、有益效果：

12、(1)由于泡沫金属具有比表面积大的特点，泡沫金属散热器具强的散热能力，因此，本发明提出了一种均匀变密度的仿生泡沫金属散热结构，该仿生泡沫金属散热结构由多级分支结构组成，能够最大程度上提升散热效率，弥补了背景技术中的散热器存在的所有缺点：

13、与传统翅片式散热器相比，两者在不同的截面上具有相同的横截面积，但本发明的仿生泡沫金属散热结构的表面积远大于传统翅片结构，且在远离导热基板的方向上呈指数增长，换热效率更高；

14、与普通随机网状泡沫金属散热器相比，本发明的仿生泡沫金属散热结构更加有序，且热量在金属内部沿法向方向传递的热阻更小，热量可传递至更远的地方，散热效率更高；

15、与常规变密度泡沫金属散热器相比，本发明的仿生泡沫金属散热结构的密度变化更加均匀，温度梯度呈均匀分布，散热效率可进一步提升，且该结构为3d打印一体化成型，免去了不同密度泡沫金属的拼接过程，无内部接触热阻。

16、因此，本发明所提出的仿生泡沫金属散热结构可代替传统散热器，易应对高热流密度的散热场景。

17、(2)本发明的一级分支结构的横截面、二级分支结构的总横截面、……、n级分支结构的总横截面面积保持不变，使得一级分支结构到n级分支结构的方向，分支金属条的数量依次增多，且分支金属条逐渐变细；一级分支结构处的结构粗且间隙大，空气在流动过程中阻力小、流速快，换热系数较大，一次换热效率高；n级分支结构处的结构细且间隙小，空气在流动过程中阻力较大，易产生局部涡团增强换热，且与空气换热面积最大，有利于残余热量的进一步耗散。

18、(3)与常规变密度泡沫金属散热器不同，本发明的一级分支结构、二级分支结构、……、n级分支结构之间的连接处为平滑过渡，随着分支结构的增加，泡沫金属的孔隙率变化过程更加平顺，不存在孔隙率突变导致接触面热阻激增的问题。

19、(4)本发明的多级泡沫金属分支结构由3d打印成型，解决了常规变密度泡沫金属散热器的不同孔密度的泡沫金属的焊接问题。

技术特征：

1.一种均匀变密度的仿生泡沫金属散热结构，其特征在于，包括：散热基板和安装在散热基板的多级泡沫金属分支结构；

2.如权利要求1所述的一种均匀变密度的仿生泡沫金属散热结构，其特征在于，所述一级分支结构由p个单金属柱组成，p为大于零的自然数，p个单金属柱的长度方向一致，且所有单金属柱呈交错矩阵均匀分布；每个单金属柱的底部固定在散热基板上，顶部向上分散延伸出m个第二分支金属条，m*p个第二分支金属条组成二级分支结构，即二级分支结构由m*p个第二分支金属条组成；每个单金属柱对应的m个第二分支金属条的长度方向一致，且每个单金属柱对应的m个第二分支金属条沿圆周方向均匀分布，且所有第二分支金属条均匀分布；m为大于或等于3的自然数；每个第二分支金属条的顶部向上分散延伸出m个第三分支金属条，所有第三分支金属条，即m*m*p个第三分支金属条组成三级分支结构，即三级分支结构由m2*p个第三分支金属条组成；每个第二分支金属条对应的m个第三分支金属条的长度方向一致，且每个第二分支金属条对应的m个第三分支金属条沿圆周方向均匀分布，且所有第三分支金属条均匀分布；依次类推，n级分支结构由mn-1*p个第n分支金属条组成，且所有第n分支金属条均匀分布。

3.如权利要求1所述的一种均匀变密度的仿生泡沫金属散热结构，其特征在于，所述一级分支结构的横截面、二级分支结构的总横截面、……、n级分支结构的总横截面面积保持不变。

4.如权利要求1所述的一种均匀变密度的仿生泡沫金属散热结构，其特征在于，所述一级分支结构、二级分支结构、……、n级分支结构之间的连接处为平滑过渡。

5.如权利要求1所述的一种均匀变密度的仿生泡沫金属散热结构，其特征在于，所述多级泡沫金属分支结构由3d打印成型。

6.如权利要求2所述的一种均匀变密度的仿生泡沫金属散热结构，其特征在于，所述m的取值为3或4。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种均匀变密度的仿生泡沫金属散热结构，其特征在于，所述n的取值为2或3。

技术总结
本发明公开了一种均匀变密度的仿生泡沫金属散热结构，包括：散热基板和安装在散热基板的多级泡沫金属分支结构；多级泡沫金属分支结构包括：顺序连接的一级分支结构、二级分支结构、……、N级分支结构；其中，一级分支结构由若干单金属柱组成，每个单金属柱分散的底部固定在散热基板上，每个单金属柱的顶部分散延伸出若干第二分支金属条，所有第二分支金属条组成二级分支结构；每个第二分支金属条的顶部分散延伸出若干第三分支金属条，所有第三分支金属条组成三级分支结构；依次类推，N‑1级分支结构的每个第N‑1分支金属条的顶部分散延伸出若干第N分支金属条，所有第N分支金属条组成N级分支结构。本发明能够最大程度上提升散热效率。

技术研发人员：孙晓霞,秦晨予,毛明,沈丽丽,李强强
受保护的技术使用者：中国北方车辆研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13