本发明涉及均热板，尤其涉及一种基于热阻网络模型的均热板传热性能预测方法及系统。
背景技术：
1、均热板凭借其表面平整、导热系数高、均温性能强等优点，在智能手机、电脑显卡、igbt等微电子设备中广泛应用。但均热板结构复杂，传热性能受结构参数影响大，且对于相同结构的均热板而言，在不同应用场景下其传热性能也会存在较大差异。
2、目前，对均热板传热性能进行预测的方法主要为数值分析，可分为解析模型和数值模型两大类。但均热板内部传热传质过程复杂，解析模型对均热板工作过程简化程度高，预测精度低；数值模型对均热板工作过程的简化程度低，预测精度更高，但操作困难，计算求解时间一般需要数周。同时，无论哪种模型，都无法在均热板工作的各加热功率下均拥有良好的预测精度，难以满足实际工程应用中的需求。因此，均热板实际设计过程完全依赖于设计者经验知识，设计者会根据均热板使用需求设计实验，通过反复实验验证进行优化结构参数。在此过程中，还需要根据均热板每次结构设计的不同，同步设计制造相应的石墨模具和测试模具，显著增加了设计成本，延长了设计周期。
技术实现思路
1、基于现有均热板性能预测方法实用性差，传统均热板设计成本高、周期长的问题，本技术的目的在于提供一种基于热阻网络模型的均热板传热性能预测方法及系统，通过对均热板传统热阻网络模型进行改进，建立三维热阻网络，耦合均热板支撑柱、粉环以及注液率的影响，使模型更接近均热板实际工作情况；并提出一种液面后退子模型，实现对均热板不同加热功率下传热性能的预测。由此减小模型建立时对均热板工作过程的简化程度，在保证预测精度的同时降低计算成本，实现各加热功率下均热板传热性能的准确预测，达成均热板设计方案快速验证，降低均热板设计成本，提高设计效率，促进均热板的自动化设计。同时整个预测过程只需要数秒，大幅降低了设计成本，缩短了设计周期。
2、为了达到上述目的，本技术的第一技术方案公开了一种基于热阻网络模型的均热板传热性能预测方法，如图4所示，包括以下步骤：
3、s1.确定边界条件，包括热源尺寸、热源功率、散热器等效换热系数以及环境温度；设定均热板蒸发端壁面有效热扩散面积初始值ae0为热源面积as，即ae0＝as，设定饱和蒸汽温度初始值tv0为散热器流体入口温度tin，即tv0＝tin；
4、s2.构建均热板热阻网络模型并计算各组分热阻；
5、s3.根据均热板边界条件计算步骤s2构建的均热板热阻网络模型，得到蒸发段壁面有效热扩散面积ae和饱和蒸汽温度tv；
6、s4.根据蒸发端壁面有效热扩散面积和饱和蒸汽温度计算值，对均热板热阻网络模型进行迭代：判断所述蒸发端壁面有效热扩散面积ae和饱和蒸汽温度tv结果是否收敛，若不收敛，则将ae的值赋值给ae0，tv的值赋值给tv0，并返回步骤s2更新所述均热板热阻网络模型并再次计算各组份热阻，若结果收敛，计算各组份热阻两端的温差以及传递功率；
7、s5.根据s4输出的均热板网络模型迭代结果，得到所述均热板热阻网络模型各组份热阻的阻值、温差以及传递功率，计算所述均热板的传热性能；
8、所述均热板热阻网络模型建立在以下假设基础上：工质的蒸发/冷凝相变过程仅发生在吸液芯内液体工质与蒸汽的界面上，该界面高度会随加热功率的变化而变化。区别于现有技术的模型一般假设相变过程发生在蒸汽与吸液芯的界面上，而界面固定不变化，本技术的模型假设更还原实际情况。
9、进一步的，所述构建均热板热阻网络模型具体为：分析均热板传热过程并选取传热结构，确定传热过程中形成的热阻，包括：
10、蒸发端壁面热传导热阻rp,e：热量以热传导方式经过蒸发端壁面形成；
11、扩散热阻rs：由于热源面积小于均热板面积而在蒸发端壁面形成；
12、蒸发端扩散热量热传导热阻rp,s：热量在蒸发端壁面沿平面发生热扩散后，以热传导方式经过蒸发端壁面形成；
13、支撑柱热阻rsc和粉环热阻rr：热量以热传导方式经过支撑柱和粉环形成；
14、蒸发端吸液芯热传导热阻rw,e：热量以热传导方式通过蒸发端吸液芯形成；
15、蒸发端相变热阻reva：蒸发端液态工质吸收热量相变汽化成蒸汽形成；
16、蒸汽扩散热阻rv：蒸汽快速扩散到整个蒸汽腔形成；
17、冷凝相变热阻：蒸汽扩散至冷凝端吸液芯发生相变，冷凝成液态形成，包括冷凝端热源区域相变热阻rcon和冷凝端非热源区域相变热阻rcon,n；
18、冷凝端吸液芯热传导热阻：热量以热传导的方式经过冷凝端吸液芯形成，包括冷凝端热源区域吸液芯热传导热阻rw,c和冷凝端非热源区域吸液芯热传导热阻rw,c,n；
19、冷凝端壁面热传导热阻：热量在冷凝端壁面汇聚，再以热传导的方式经过冷凝端壁面抵达散热器形成，包括冷凝端热源区域壁面热传导热阻rp,c和冷凝端非热源区域壁面热传导热阻rp,c,n；
20、对流换热热阻：散热器通过对流换热将热量传递到外界形成，包含均热板与散热器之间的界面热阻和散热器热阻，包括热源区域对流换热热阻rlcp、非热源区域对流换热热阻rlcp,n。
21、进一步的，当均热板不包括支撑柱、粉环以及冷凝端吸液芯中一种或多种时，不计算对应的支撑柱热阻、粉环热阻以及冷凝端吸液芯热传导热阻。
22、进一步的，所述蒸发端壁面形成的扩散热阻，计算采用cardoso的扩散热阻模型。现有技术对于扩散热阻模型一般使用lee的串联热阻模型，不能热算热扩散面积，cardoso的扩散热阻模型是并联式的热扩散热阻模型，其可以估算热扩散面积。该模型是本技术用热源区域作为蒸发面积、液面变化等因素的依据，也是模型中判断是否收敛的计算公式。
23、进一步的，所述热源区域和非热源区域根据热源尺寸确定，在所述热源区域内的支撑柱和粉环参与所述均热板传热过程，发生热传导；所述蒸发端吸液芯热传导面积和蒸发相变面积为：热源面积减去热源区域内支撑柱和粉环的横截面积。本技术方案通过划分热源区域与非热源区域，从而可以确定支撑柱、粉环以及蒸发端吸液芯热传导及相变面积，从而区别于现有技术一般不考虑支撑柱、粉环传热的过程，使得本模型结果更加精准。
24、进一步的，所述热传导热阻的计算公式为
25、其中，其中r为热量通过结构的热传导热阻，h为热量通过结构的沿传热方向的厚度，k为热量通过结构的导热系数，a为热量通过结构的垂直于传热方向截面上的导热面积；
26、其中，热传导热阻包括：蒸发端壁面热传导热阻(rp,e，rp,s)、蒸发端吸液芯热传导热阻rw,e、冷凝端吸液芯热传导热阻(rw,c、rw,c,n)、冷凝端壁面热传导热阻(rp,c、rp,c,n)。
27、进一步的，蒸发端吸液芯热传导热阻和冷凝端吸液芯热传导热阻中，沿传热方向的厚度h为吸液芯内部液体工质的厚度，根据一种基于半实验法的液面后退模型得到，具体为：根据所述均热板注液率以及蒸发端吸液芯和冷凝端吸液芯之间的毛细力差异，确定吸液芯内部液体工质的初始高度h0，毛细力大的吸液芯和粉环中充满液体工质，而毛细力小的吸液芯中未充满液体工质；
28、计算吸液芯内部液体工质的液面变化量：
29、其中，δh为液面变化量，q为所述热源功率，ρl为工质密度，ε为吸液芯孔隙率，al为液面变化区域面积，蒸发端为热源对应区域，冷凝端为整个冷凝端吸液芯区域，δt为缓冲时间，通过实验求得；
30、蒸发端所述吸液芯内部液体工质的厚度为：h＝h0-δh；
31、冷凝端所述吸液芯内部液体工质的厚度为：h＝h0+δh。
32、进一步的，所述蒸汽扩散热阻计算时忽略支撑柱和粉环对蒸汽流动的影响，将所述蒸汽腔区域和所述热源区域转换为等面积的圆形区域，所述蒸汽扩散热阻计算公式为：
33、
34、其中，qeva为相变传递功率，δpv为蒸汽流动形成的压降，通过对圆形区域进行积分求得，计算公式为：
35、现有技术虽然已有成熟公式计算蒸汽扩散热阻，但无法计算蒸汽向四周扩散的压降，从而导致均热板蒸汽扩散热阻计算困难；本技术通过将计算区域转换成等面积区域，实现了蒸汽压降的估算，进而实现了蒸汽扩散热阻的估算，提高了本模型计算准确性。
36、进一步的，利用不等式判断所述蒸发端壁面有效热扩散面积ae结果是否收敛，若不收敛，则将ae的值赋值给ae0，并返回步骤s2更新所述均热板热阻网络模型并再次计算各组份热阻：利用|tv0-tv|＜0.05判断所述饱和蒸汽温度tv结果是否收敛，若不收敛，tv的值赋值给tv0，并返回步骤s2更新所述均热板热阻网络模型并再次计算各组份热阻，若结果收敛，计算各组份热阻两端的温差以及传递功率；
37、其中，设置最大循环迭代次数为50次。
38、进一步的，所述均热板传热性能包括：均热板整体热阻、蒸发端壁面中心温度、蒸发端壁面中心与四周温差、冷凝面壁面中心与四周温差。
39、本技术的第二技术方案公开了一种基于热阻网络模型的均热板传热性能预测系统，包括：
40、s1.参数获取模块，用于从外部获得均热板结构参数和边界条件参数，并进行数据预处理；
41、s2.热阻网络模块，从参数获取模块中获得所需参数，构建均热板热阻网络模型，并根据预测模块返回的蒸发端壁面有效热扩散面积和饱和蒸汽温度的值，对均热板热阻网络模型进行更新；
42、s3.预测模块，计算所述各组份热阻两端的温差、传递功率以及所述均热板传热性能，并根据结果生成柱状图；
43、s4.数据存储模块，将结果柱状图以.png格式保存，将存储均热板的结构参数、边界条件参数以及传热性能预测结果相关数据写入excel文档中，并保存至指定路径；
44、s5.结果展示模块，将均热板的传热性能预测结果输出展示。
45、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益技术效果：
46、本发明根据热阻网络模型，综合考虑支撑柱、粉环、注液率以及各边界条件对均热板传热性能的影响，并基于有效热扩散面积和工质温度构建目标函数，进而根据目标函数对均热板热阻网络模型进行迭代更新，使得热阻网络模型更加还原均热板真实工作过程；提出一种液面后退子模型，实现对均热板不同加热功率下传热性能的预测；利用该模型可实现对均热板传热性能的快速准确预测，整个预测过程只需数秒，大幅降低设计成本，缩短设计周期。
1.一种基于热阻网络模型的均热板传热性能预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述预测方法，其特征在于，所述构建均热板热阻网络模型具体为：分析均热板传热过程并选取传热结构，确定传热过程中形成的热阻，包括：
3.根据权利要求2所述预测方法，其特征在于，对于所述蒸发端壁面形成的扩散热阻，计算采用cardoso的扩散热阻模型。
4.根据权利要求2所述预测方法，其特征在于，所述热源区域和非热源区域根据热源尺寸确定，在所述热源区域内的支撑柱和粉环参与所述均热板传热过程，发生热传导；所述蒸发端吸液芯热传导面积和蒸发相变面积为：热源面积减去热源区域内支撑柱和粉环的横截面积。
5.根据权利要求2所述预测方法，其特征在于，所述热传导热阻的计算公式为
6.根据权利要求5所述预测方法，其特征在于，蒸发端吸液芯热传导热阻和冷凝端吸液芯热传导热阻中，沿传热方向的厚度h为吸液芯内部液体工质的厚度，根据一种基于半实验法的液面后退模型得到，具体为：
7.根据权利要求2所述预测方法，其特征在于，所述蒸汽扩散热阻计算时忽略支撑柱和粉环对蒸汽流动的影响，将所述蒸汽腔区域和所述热源区域转换为等面积的圆形区域，所述蒸汽扩散热阻计算公式为：
8.根据权利要求1所述预测方法，其特征在于，利用不等式判断所述蒸发端壁面有效热扩散面积ae结果是否收敛，若不收敛，则将ae的值赋值给ae0，并返回步骤s2更新所述均热板热阻网络模型并再次计算各组份热阻：利用tv0-tv|＜0.05判断所述饱和蒸汽温度tv结果是否收敛，若不收敛，tv的值赋值给tv0，并返回步骤s2更新所述均热板热阻网络模型并再次计算各组份热阻，若结果收敛，计算各组份热阻两端的温差以及传递功率；
9.根据权利要求1所述预测方法，其特征在于，所述均热板传热性能包括：均热板整体热阻、蒸发端壁面中心温度、蒸发端壁面中心与四周温差、冷凝面壁面中心与四周温差。
10.一种基于热阻网络模型的均热板传热性能预测系统，其特征在于，包括：
