一种强迫对流下的非对称散热器

摘要

本发明公开了一种强迫对流下的非对称散热器，它是利用强迫对流时温度场是非对称分布的特点，将现有的散热器的主翅在其入风口端减去一定的宽度，而出风口端保持原来的尺寸不变，这样磁控管阳极相对于主翅而言处于非对称的位置；它具有制作工艺非常简单，不需要更换生产厂家现有生产线和生产流程的特点，能在节约材料的情况下不影响散热器的散热效果，在大批量生产的情况下可以大大节约材料的使用量，从而降低产品的成本。本发明不仅可用于磁控管散热，也可作其它强迫对流下的散热器。

说明书

技术领域：

本发明属于电子技术、散热技术领域，它特别涉及磁控管利用散热片进行强化散热的技术。

背景技术：

磁控管是一种效率最高的大功率微波源，其特点是输出的功率大，效率高，体积小，重量轻，成本低，因而它不仅在军事领域得到了广泛的应用，在民用领域也得到了很好的应用。随着雷达、航天航空、电子对抗、微波加热等技术的发展，对磁控管提出了更高的要求。磁控管工作时其阳极温度主要来源于散三个方面：灼热阴极表面的辐射、电子对阳极叶片的轰击以及沿阳极表面流动的高频电流所产生的涡流。为了保护磁控管不会因为过度温升而损坏，延长磁控管的寿命，在磁控管阳极外壳加装肋片并使用了强制散热风扇来增强磁控管的散热(如图1所示)，其中散热片的形状和大小对散热效果有很大的影响。

目前，国内外的磁控管散热器都用对称型的散热片，即磁控管的阳极在散热片的中心位置(如图2所示)。图2中所示的对称型的散热片包括：1主翅，2固定圈，3至10为副翅，从图2中可以看出：这种现有的散热片的结构是对称的，即磁控管阳极位于散热片主翅的中心位置；或者在散热器出风口端加长散热片以提高散热效果(如图3所示)，图3中所示的加长散热片包括：1主翅，2固定圈，3至10为副翅，11为尾翅；磁控管阳极仍然位于散热片主翅的中心位置，但在出风口加了尾翅以增加散热效果；这种散热片虽然提高了散热效率，但增大了材料的使用量，使产品的成本上升。它们都没有做到以较少的材料达到最佳的散热效果。

发明内容：

本发明提供一种强迫对流下的非对称散热器，它具有以较少的材料达到较好的散热效果的特点。

本发明提供的一种强迫对流下的非对称散热器，它包括：主翅1、固定圈2、副翅3、4、5、6、7、8、9、10，主翅1有入风口端和出风口端，所述固定圈2用于将散热器固定在磁控管阳极表面；其特征是所述的固定圈2在主翅1上的位置是：固定圈2到主翅1入风口端边沿的距离小于固定圈2到主翅1出风口端边沿的距离，副翅3、4、5、6和副翅7、8、9、10相对于固定圈2是处于对称位置；如图4所示。

需要说明的是，本发明提供的一种强迫对流下的非对称散热器，固定圈2相对主翅1而言是非对称结构。本发明不仅可用于磁控管散热，也可用作其他强迫对流下的散热器。

本发明的工作原理分析：

如图4所示，如果我们把风的流动方向定为x方向，在入风口处x＝0，在出风口处x＝80mm。当风从散热片表面流过时，在散热片表面形成的热边界层厚度δ随x的增加而增大，其关系为：

$>>>>\delta >2>>2>>=>>140>13>>>\mu x>>\rho u>\infty >>>>>$

式中空气粘度μ＝1.98kg/m·s，空气密度ρ＝1.177kg/m³，空气速度u_∞＝4m/s。分别利用上式计算入口x＝5mm处的边界层厚度δ₁和出口x＝70mm处的边界层厚度δ₂，算得δ₁＝0.067mm，δ₂＝2.5mm。

对流换热系数和边界层的关系为：

$>>h>=>>3>2>>>k>\xi \delta >>>>$

其中ξ为热边界层厚度与边界层厚度之比：

$>>\xi >=>>1>1.026>>>(>>k>>>c>p>>\mu >>>)>>>>$

空气的导热系数k＝0.02749w/m.℃，定压比热C_p＝1006J/kg.℃。

由此可算出在入口x＝5mm处的对流换热系数为h₁＝560W/m².℃，出口x＝70mm处的对流换热系数为h₂＝15W/m².℃。

一般认为当 $>>>1>h>>=>>>b>/>2>>k>>>>时达到了最佳使用肋的极限，这里b为肋(即散热片)的厚度，k为肋的导热系数。通常比值越大，散热片增加散热的效果越显著。在入口x＝5mm处该比值为601，在出口x＝70mm处该比值为246043，因此散热片在入口端对散热效果的贡献远不如出口端，而且散热片的几何尺寸越大，靠出口端的热边界层也越大，对散热反而不利。因而在入口端适当减小散热片的尺寸，对提高散热效果是有利的。数值模拟计算结果也证明了上述分析的正确性，如图5、6所示。$

本发明的实质是利用强迫对流时温度场是非对称分布的特点，提供了一种非对称散热器，它是将现有的散热器(如图1所示)的主翅在入风口端减去一定的宽度，而出风口端保持原来的尺寸不变，这样磁控管阳极相对于主翅而言处于非对称的位置。

本发明的优点在于这种强迫对流下非对称散热器，它具有制作工艺非常简单，不需要更换生产厂家现有生产线和生产流程的特点，能在节约材料的情况下不影响散热器的散热效果，在大批量生产的情况下可以大大节约材料的使用量，从而降低产品的成本。

附图说明

图1磁控管散热器的二分之一模型

其中，12是磁铁，13是阳极外壳，14是散热片，15是磁控管支架；

图2是现有磁控管散热器使用的散热片(对称型)

其中，1为主翅，2为固定圈，3至10为副翅。

图3是现有磁控管采用的散热片(拖尾型)

其中，1为主翅，2为固定圈，3至10为副翅，11为尾翅。

图4是本发明提供的不对称型散热片

其中，1为主翅，2为固定圈，3至10为副翅。

图5是对现有的型号为2M217的磁控管在强迫对流下的温度场分布示意图从图中看出中心阳极的最高温度为123℃。

图6是将2M217的散热片在入风口处截去9mm后再进行计算的温度场分布从图中看出中心阳极的最高温度为116℃。

具体实施方式

下面将通过详细的实施例及参照附图来更清晰地描述本发明。

图5是型号为2M217的磁控管在强迫对流下的温度场分布的数值模拟计算，从图中看出中心阳极的最高温度为123℃，在入风口处截去9mm后再进行计算，如图6所示，截去后温度为116℃。从该实例看出，本发明简单易行，在保证相同散热效果的情况下节约材料，降低成本。