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龙图腾网获悉中国科学院工程热物理研究所申请的专利一种半锥型微通道印刷电路板式换热器结构及其设计方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119022691B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-18发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411346706.3，技术领域涉及：F28D9/00；该发明授权一种半锥型微通道印刷电路板式换热器结构及其设计方法是由张海松;李志刚;王波;徐祥设计研发完成，并于2024-09-26向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种半锥型微通道印刷电路板式换热器结构及其设计方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种半锥型微通道印刷电路板式换热器结构及其设计方法，该换热器通过在换热板片上蚀刻形成半锥型微通道，显著增大了板片的焊接面积，提升了结构强度和承压能力。同时，半锥型通道由翅片周期性急速收缩或扩张形成，喉部与喉部相连，尾部与尾部相连，利用流体在扩张段入口的喷射效应和出口的节流效应强化传热，增强了流体在扩张段的混合效果，并通过节流效应破坏边界层，强化湍流传热。流体在通道内的流动整体上呈流线型，可有效地控制压降。此外，通道尾部的设计有助于防止杂质堵塞。相较于传统的直通道和之字型通道，本发明的半锥型微通道强化换热效果优良，压降显著降低，换热器整体质量和体积减少。

本发明授权一种半锥型微通道印刷电路板式换热器结构及其设计方法在权利要求书中公布了：1.一种半锥型微通道印刷电路板式换热器结构的设计方法，半锥型微通道印刷电路板式换热器结构用于在高温高压条件下进行高效换热，包括换热器芯体，所述换热器芯体至少包括多层相互叠加的换热板片，每层换热板片上均蚀刻有微通道，各层换热板片之间通过扩散焊连接以形成具有流体通道的多层换热结构，其中：微通道中通入热流体的换热板片形成为热侧换热板片，其微通道形成为热侧流体通道；微通道中通入冷流体的换热板片形成为冷侧换热板片，其微通道形成为冷侧流体通道；所述热侧换热板片与冷侧换热板片以逐层交替叠加的方式进行布置；并且其中，所述热侧流体通道和冷侧流体通道中的至少一者采用半锥型微通道，半锥型微通道沿流体流动方向由周期性排列的急速收缩段和急速扩张段组成并整体形成连续通道，且半锥型微通道通过相邻微通道之间的半锥型翅片的周期性急速收缩及急速扩张形成；所述半锥型微通道的一个周期内的翅片喉部与相邻周期的翅片喉部相连接，一个周期内的翅片尾部与相邻周期的翅片尾部相连接，从而在流体流动方向上形成周期性变化的连续微通道结构；所述半锥型微通道的一个周期内的急速扩张段和急速收缩段的相对长度设计为：当流体雷诺数小于等于15000时，所述急速扩张段的长度大于或等于急速收缩段的长度，当流体雷诺数大于15000时，所述急速扩张段的长度大于、等于或小于急速收缩段的长度，从而适应不同的流体流动工况；所述半锥型微通道通过急速扩张段和急速收缩段诱导出迪恩涡并使涡的结构不断演化与扰动，以增强热流体与冷流体之间的混合，破坏边界层并促进湍流，从而提高传热效率，流体流动整体上呈流线型，降低流体压降，提升换热器的整体性能； 其特征在于，所述设计方法在实施时至少包括如下步骤： SS1.确定换热器的基本参数和工作条件 根据应用场景和实际工况性能需求，确定换热器的基本参数，至少包括热负荷、工作温度范围、压力范围、允许压降以及冷热流体在工作温度和压力下的物性参数； SS2.换热器多层结构设计及微通道几何参数设定 根据换热器的基本参数和工作条件，设计换热器的热侧和冷侧换热板片的多层结构并确定两侧流体通道的结构类型，选择两侧流体通道全部采用半锥型微通道，或选择热侧流体通道设计为半锥型微通道而冷侧流体通道设计为直通道，通过交替叠加热侧换热板片和冷侧换热板片，形成交替的热侧流体通道和冷侧流体通道，同时设定半锥型微通道的几何参数，至少包括微通道的喉部直径、尾部直径、通道间距、通道肋高比、急速收缩段与急速扩张段的长度比，并通过CFD数值模拟，评估不同微通道几何参数组合对传热性能和流体阻力的影响，初步确定在不同工况下的最佳参数组合； SS3.换热器性能评估及设计参数优化 在完成初步结构设计后，对换热器性能进行评估，通过分析传热系数、压降、流体流动特性以及工作温度范围，使用努塞尔数Nu、摩擦因子f和相同功耗下换热强化指标PEC作为性能评价指标，评估换热器设计的传热效果、压降特性及能效表现，并根据评估结果，优化微通道几何参数和多层结构布局，以实现换热器在效率、压降、体积、重量和可靠性方面的最佳平衡，相同功耗下换热强化指标PEC的数学表达式为PEC=jjsffs13，其中j、f分别为换热器的热因子、摩擦因子，js、fs分别为基准换热器的传热因子、摩擦因子，且j=NuRe·Pr13，Nu为努塞尔数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数； SS4.完成微通道的加工及板片焊接 采用电化学蚀刻工艺在换热板片上加工微通道、通过使用选择性激光熔化或电子束熔化3D打印技术来制造换热板片、或通过机械加工方式制造换热板片，加工完成后，采用扩散焊工艺将各层换热板片进行焊接，并确保各层板片之间的接合处具备与母材相同的结构强度，扩散焊接通过控制温度、时间和压力参数，提升换热器在高温高压条件下的结构强度和耐压能力； SS5.质量控制和性能验证 完成焊接后，进行换热器的密封性测试和压力测试，确保无泄漏；在实际工况或模拟工况下进行换热性能测试，验证换热效率、压降参数是否满足设计要求；根据测试结果，对设计参数进行最终调整和优化。

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