本实用新型涉及换热器技术领域，具体地说是一种具有叶脉形分流结构的微通道热沉，尤其适用于高释热电子芯片、大功率激光二极管、聚光型太阳能电池等小型化高释热设备的冷却。
背景技术：
换热，是指两种物质之间所进行的热量传递，是一种属于传热过程的单元操作。在日常的生活、生产中，所用到的大部分设备运行时会产生热量，需要及时进行换热冷却以保证其正常运行。
许多小型化、高发热设备，如高性能电子芯片、大功率激光二极管、聚光型太阳能电池等，在运行时会产生很强的释热（甚至超出100w/cm2），对其进行有效的冷却，成为这些设备可靠运行的重要前提，相关技术也一直是研究热点。
对于上述类型设备的冷却，目前大多采用风冷式换热器，但是风冷式换热器在使用时存在较大的损耗，换热效率偏低，液冷式换热器相比于传统的风冷式换热器有更强的换热能力，更适用于高释热设备的冷却，是未来高发热电子设备冷却技术的主要发展方向。
分流式微通道热沉由g.m.harpole和j.e.eninger于1991年提出(g.m.harpole,j.e.eninger,micro-channelheatexchangeroptimization,in:proc.7thieeesemi-therm.symp.(1991)59–63)。相较于传统的微通道热沉，分流式微通道热沉在微通道热沉基础上，增加了分流结构，具有更好的散热均匀性和综合性能。在分流式微通道热沉设计基础上，近年来又发展出一些新的设计型式，如brighenti和kamaruzaman等学者提出的自相似微通道热沉结构(f.brighenti,n.kamaruzaman,j.j.brandner,investigationofself-similarheatsinksforliquidcooledelectronics,appl.therm.eng.59(1–2)(2013)725–732)。无论是传统的微通道热沉，还是各种型式的分流式微通道热沉，均存在内部流量分配不均以及由此带来的换热不均问题，大大限制了微通道热沉的应用和推广。分流式微通道热沉内部流量分配过程及其整体散热性能、散热均匀性等均需要进一步的改进，相关的诸多研究工作亟待开展。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种具有叶脉形分流结构的微通道热沉，该热沉具有换热效果优良、流量分配均匀、结构紧凑等特点。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：
提供了一种具有叶脉形分流结构的微通道热沉，包括主入流及出流结构、叶脉形分流层、溢流通道层和顶部盖板，
所述主入流及出流结构包括凹槽状的壳体，壳体的一侧设置有冷却工质入口，壳体的另一侧设置有冷却工质出口，冷却工质入口和冷却工质出口呈对角布置；壳体的内部设置有主入流通道和主出流通道，所述主入流通道与所述冷却工质入口连通，所述主出流通道与所述冷却工质出口连通；
所述叶脉形分流层及溢流通道层位于壳体内部且位于主入流通道和主出流通道之间，叶脉形分流层位于溢流通道层的上方；所述溢流通道层包括多个梯形槽，所述叶脉形分流层包括与主入流通道连通的一级分流子通道和与主出流通道连通的一级出流子通道，所述一级分流子通道的两侧设置有多个与其相连通的次一级分流子通道，所述一级出流子通道的两侧设置有多个与其相连通的次一级出流子通道，所述梯形槽与次一级分流子通道形成了断续的溢流通道结构；
所述顶部盖板与所述壳体的开口侧相适配并将所述开口侧封闭。
进一步的，所述次一级分流子通道在一级分流子通道的两侧对称分布，所述次一级出流子通道在一级出流子通道的两侧对称分布。
进一步的，所述主入流通道的截面尺寸从冷却工质入口的位置向主入流及出流结构的另一侧逐渐缩小。
进一步的，所述一级分流子通道的截面尺寸从靠近主入流通道的一端向另一端逐渐缩小。
进一步的，所述一级出流子通道两侧与次一级出流子通道垂直相连。
进一步的，所述溢流通道结构为等腰梯形，其截面尺寸从靠近主入流通道的一侧向另一侧逐渐缩小。
进一步的，所述主入流通道和/或主出流通道的截面形状为矩形。
进一步的，所述次一级分流子通道与次一级出流子通道间隔设置。
进一步的，所述主入流通道与一级分流子通道相邻的一侧为垂直相连，所述主出流通道与一级出流子通道相邻的一侧为垂直相连。
进一步的，位于两端的一级出流子通道宽度为位于中间的一级出流子通道宽度的1/2。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
1、本实用新型示例的具有叶脉形分流结构的微通道热沉，通过主入流通道、一级分流子通道及溢流通道的特殊结构设计，分流层上的一级分流子通道和次一级分流子通道、一级出流子通道和次一级出流子通道以其独特的分布形式形成了叶脉形结构，实现带有分流结构的微通道热沉内部流量分配的均匀化，进而提高热沉的综合能力，尤其可以提高换热均匀性。
2、本实用新型示例的具有叶脉形分流结构的微通道热沉，主入流通道的截面为渐缩结构，冷却工质首先由主入流通道流入热沉，随后从主入流通道向一级分流子通道进行分流，由于主入流通道截面逐渐减小，限制过多流量向下游分配，使各一级分流子通道分配的流量比较均匀，实现换热器内部流量分配的均匀化，进而提高换热均匀性。
3、本实用新型示例的具有叶脉形分流结构的微通道热沉，一级分流子通道的截面为渐缩结构，以增大下游侧流阻，使各次一级分流子通道的流量比较均匀，进一步起到均流作用。
4、本实用新型示例的具有叶脉形分流结构的微通道热沉，溢流通道结构为等腰梯形，宽度减缩，进一步限制了下游侧次一级分流通道的流量，从而使得整个热沉内部流量分配均匀化，进而确保了热沉换热的均匀性。
5、本实用新型示例的具有叶脉形分流结构的微通道热沉，各连接部位多采用垂直相连，保证整个热沉内部流量分配均匀化，位于两端的一级出流子通道宽度为位于中间的完整的一级出流子通道宽度的1/2，以此保证热沉内部各流动单元几何尺寸一致，保证换热均匀性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本实用新型实施例的外部结构示意图；
图2为图1中各部件的爆炸视图；
图3为本实用新型实施例的内部结构的立体示意图；
图4为本实用新型实施例内部结构的平面示意图；
图5为图4的a-a断面图；
图6为本实用新型实施例的均流效果展示图。
图中：
1-主入流及出流结构，1.1-主入流通道，1.2-主出流通道；
2-叶脉形分流层，2.1-一级分流子通道，2.2-一级出流子通道，2.3-次一级分流子通道，2.4-次一级出流子通道；
3-溢流通道层，3.1-溢流通道结构；
4-顶部盖板。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。
基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。
如图1-图5所示，本实用新型的一个实施例提供了一种具有叶脉形分流结构的微通道热沉，包括主入流及出流结构1、叶脉形分流层2、溢流通道层3和顶部盖板4。
所述主入流及出流结构1包括凹槽状的壳体，壳体的一侧设置有冷却工质入口，壳体的另一侧设置有冷却工质出口，冷却工质入口和冷却工质出口呈对角布置；壳体的内部设置有主入流通道1.1和主出流通道1.2，所述主入流通道1.1与所述冷却工质入口连通，所述主出流通道1.2与所述冷却工质出口连通。
所述叶脉形分流层2及溢流通道层3位于壳体内部且位于主入流通道1.1和主出流通道1.2之间，叶脉形分流层2位于溢流通道层3的上方；如图2，所述溢流通道层包括多个梯形槽，如图3、图4，所述叶脉形分流层2包括与主入流通道1.1连通的一级分流子通道2.1和与主出流通道连通1.2的一级出流子通道2.2，所述一级分流子通道2.1的两侧设置有多个与其相连通的次一级分流子通道2.3，所述一级出流子通道2.2的两侧设置有多个与其相连通的次一级出流子通道2.4，所述梯形槽与次一级分流子通道2.3形成了断续的溢流通道结构3.1。
所述顶部盖板4与所述壳体的开口侧相适配并将所述开口侧封闭。
次一级分流子通道2.3在一级分流子通道2.1的两侧对称分布，次一级出流子通道2.4在一级出流子通道2.2的两侧对称分布，从而使得分流层形成了叶脉形结构。
如图3、图4所示，为提高换热的均匀性，所述主入流通道1.1的截面尺寸从冷却工质入口的位置向主入流及出流结构1的另一侧逐渐缩小。所述一级分流子通道2.1的截面尺寸从靠近主入流通道1.1的一端向另一端逐渐缩小。所述溢流通道结构3.1为等腰梯形，其截面尺寸从靠近主入流通道1.1的一侧向另一侧逐渐缩小。截面渐缩结构限制过多流量向下游分配，使各区域分配的流量比较均匀，实现热沉内部流量分配的均匀化，进而提高换热均匀性。
具体的，主入流通道1.1倾斜面的倾斜角度为6.48o。倾斜面起点距冷却工质入口截面0.2mm。一级分流子通道2.1入口截面高度、宽度、长度分别为0.6mm、0.8mm、6.6mm。一级分流子通道2.1两侧壁面向中心倾斜角度为2.17o。如图3、图4，每个单元的分流通道下有两个溢流通道结构3.1，相邻通道起始端间隔0.1mm。溢流通道结构3.1起始端宽度为0.75mm，其高度、长度分别为0.1mm、2.4mm，溢流通道结构3.1两侧壁面向中心倾斜角度为2.68o。
一级出流子通道2.2两侧与次一级出流子通道2.4垂直相连，次一级分流子通道2.3与次一级出流子通道2.4间隔设置。本实施例中，次一级分流子通道2.3入口截面高度、宽度分别为0.6mm、0.4mm，其通道末端到一级分流子通道2.1中心线的长度为2.2mm。次一级出流子通道2.4为矩形截面，次一级出流子通道2.4高度、宽度与长度分别为0.6mm、0.4mm、1.8mm。一级出流子通道2.2为矩形截面，其高度、宽度与长度分别为0.6mm、0.8mm、6.6mm。
本实施例中，所述主入流通道1.1和主出流通道1.2的截面形状为矩形。冷却工质入口截面高度、宽度分别为0.7mm、1.2mm，主入流通道1.1总长9mm。主出流通道1.2的高度、宽度与长度分别为0.6mm、1.2mm、11.4mm。所述主入流通道1.1与一级分流子通道2.1相邻的一侧为垂直相连，所述主出流通道1.2与一级出流子通道2.2相邻的一侧为垂直相连。
为使得热沉内部各流动单元几何尺寸一致，保证换热均匀性，位于两端的一级出流子通道2.2宽度为位于中间的完整的一级出流子通道2.2宽度的1/2。
本实施例中，所述入流及出流结构1的底板、侧壁以及顶部盖板4的厚度均为0.2mm，薄壁结构有助于提升换热效率。
使用时，通过主入流通道1.1、一级分流子通道2.1及溢流通道结构3.1的特殊设计，分流层上的一级分流子通道2.1和次一级分流子通道2.3、一级出流子通道2.2和次一级出流子通道2.4以其独特的分布形式形成了叶脉形结构，实现带有分流结构的微通道热沉内部流量分配的均匀化，进而提高热沉的综合能力，尤其可以提高换热均匀性。
如图6所示为本发明均流效果展示，其数据为数值模拟计算结果，采用商业数值模拟软件进行计算，计算方法和模型均经过了验证和分析；计算模型为前述热沉中的一个内部换热单元。图6中给出了一定入口流量条件下各次一级分流子通道分配流量相对分流子通道总流量的占比，可反映入各次一级分流子通道间流量分配的相对大小。冷却工质为水，固体材料为硅；一级分流子通道入口流量分别设置为0.86kg/h、1.08kg/h、1.29kg/h，出口设定为自由出流边界条件；底部受热面施加1mw/m2的恒定热流；计算单元两侧断面设置为对称边界条件，其余外表面按绝热壁面处理。由图6可知本发明均流效果明显。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本实用新型的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。
1.一种具有叶脉形分流结构的微通道热沉，其特征在于，包括主入流及出流结构（1）、叶脉形分流层（2）、溢流通道层（3）和顶部盖板（4），
所述主入流及出流结构（1）包括凹槽状的壳体，壳体的一侧设置有冷却工质入口，壳体的另一侧设置有冷却工质出口，冷却工质入口和冷却工质出口呈对角布置；壳体的内部设置有主入流通道（1.1）和主出流通道（1.2），所述主入流通道（1.1）与所述冷却工质入口连通，所述主出流通道（1.2）与所述冷却工质出口连通；
所述叶脉形分流层（2）及溢流通道层（3）位于壳体内部且位于主入流通道（1.1）和主出流通道（1.2）之间，叶脉形分流层（2）位于溢流通道层（3）的上方；所述溢流通道层（3）包括多个梯形槽，所述叶脉形分流层（2）包括与主入流通道连通的一级分流子通道（2.1）和与主出流通道连通的一级出流子通道（2.2），所述一级分流子通道（2.1）的两侧设置有多个与其相连通的次一级分流子通道（2.3），所述一级出流子通道（2.2）的两侧设置有多个与其相连通的次一级出流子通道（2.4），所述梯形槽与次一级分流子通道（2.3）形成了断续的溢流通道结构（3.1）；
所述顶部盖板（4）与所述壳体的开口侧相适配并将所述开口侧封闭。
2.根据权利要求1所述的具有叶脉形分流结构的微通道热沉，其特征在于，所述次一级分流子通道（2.3）在一级分流子通道（2.1）的两侧对称分布，所述次一级出流子通道（2.4）在一级出流子通道（2.2）的两侧对称分布。
3.根据权利要求1或2所述的具有叶脉形分流结构的微通道热沉，其特征在于，所述主入流通道（1.1）的截面尺寸从冷却工质入口的位置向主入流及出流结构（1）的另一侧逐渐缩小。
4.根据权利要求3所述的具有叶脉形分流结构的微通道热沉，其特征在于，所述一级分流子通道（2.1）的截面尺寸从靠近主入流通道（1.1）的一端向另一端逐渐缩小。
5.根据权利要求2所述的具有叶脉形分流结构的微通道热沉，其特征在于，所述一级出流子通道（2.2）两侧与次一级出流子通道（2.4）垂直相连。
6.根据权利要求1所述的具有叶脉形分流结构的微通道热沉，其特征在于，所述溢流通道结构（3.1）为等腰梯形，其截面尺寸从靠近主入流通道（1.1）的一侧向另一侧逐渐缩小。
7.根据权利要求3所述的具有叶脉形分流结构的微通道热沉，其特征在于，所述主入流通道（1.1）和/或主出流通道（1.2）的截面形状为矩形。
8.根据权利要求1或2所述的具有叶脉形分流结构的微通道热沉，其特征在于，所述次一级分流子通道（2.3）与次一级出流子通道（2.4）间隔设置。
9.根据权利要求1所述的具有叶脉形分流结构的微通道热沉，其特征在于，所述主入流通道（1.1）与一级分流子通道（2.1）相邻的一侧为垂直相连，所述主出流通道（1.2）与一级出流子通道（2.2）相邻的一侧为垂直相连。
10.根据权利要求1所述的具有叶脉形分流结构的微通道热沉，其特征在于，位于两端的一级出流子通道（2.2）宽度为位于中间的一级出流子通道（2.2）宽度的1/2。
技术总结