高功率单相桥模块封装热特性研究及优化

为了提升高功率应用下单相桥模块的热可靠性,利用有限元仿真分析方法,研究了模块的封装热特性,并与实测结果进行比较,验证了模型求解的准确性和可靠性.结果表明:单相桥模块结壳热阻为0.185 3℃/W,封装7层结构中直接覆铜基板(DBC)陶瓷层占总热阻的52.12%,将DBC陶瓷绝缘材料替换为高导热率绝缘材料能够有效减小结壳热阻;在高功率应用条件下,由功率端子和引线寄生引起的焦耳热将进一步导致结温升高及模块性能下降.在此基础上,具体分析了不同功率端子、引线模型对模块封装热特性的影响.分析表明,采用铜柱型功率端子和增大近端子侧(高电流密度区域)的引线密度或截面直径均可降低结温,从而有助于提高单相桥模块的过电流能力和热可靠性.     

一种基于辐射耦合传热等效模拟的瞬态热平衡试验方法及系统

该发明公开一种基于辐射耦合传热等效模拟的瞬态热平衡试验方法及系统,所述方法包括:(1)计算卫星在轨运行时卫星的至少一表面的空间轨道外热流,以获取一第一外热流的模拟加热功率值;(2)计算太阳能帆板对所述卫星的至少一表面的辐射加热热流,以获取一第二外热流的模拟加热功率值;(3)计算真空试验容器的热沉对所述卫星的至少一表面的辐射加热热流,以获取一第三外热流的模拟加热功率值;(4)根据所述第一外热流的模拟加热功率值、第二外热流的模拟加热功率值和第三外热流的模拟加热功率值,获取一外热流模拟加热总功率值;(5)在卫星的至少一表面设置加热器,并且通过程控直流稳压电源输出一电流加载于所述加热器,同时根据所述外热流模拟加热总功率值进行加热,以实现辐射耦合传热等效模拟。     

发动机受热件热疲劳台架的感应加热特征

对发动机受热件加速热疲劳试验台架的感应加热特点进行计算分析,根据研究结果将感应加热热源简化为表面热流边界条件,建立了加热阶段零件内瞬态温度变化规律模型,借助于铸铁缸盖温度及其它试验数据的测试结果,对感应加热的加热热流密度,台架所能[达到的最大法向瞬态温度梯度等进行了计算分析,计算分析结果表明,通过选择适当的加热功率,该热疲劳台架能够实现发动机实际铸铁零件表面法向温度分布的模拟。     

氨喷雾相变冷却换热面温度分布特性

以液氨为冷却工质,针对大功率激光器350 W/cm2以上散热需求进行喷雾冷却换热实验,研究了不同流量下冷却表面散热特性以及温度分布规律。实验结果表明：在加热功率和喷淋高度不变时,进口流量较大,冷却表面处于无沸腾换热,主要以强迫对流换热为主,换热表面温度低且分布均匀;流量为0.461 L/min时,热流密度可达388 W/cm2,热沉表面温度仅有2.6 ℃,温度偏差为±1.1 ℃;随着进口流量减小,热流密度增加,换热形式由强迫对流换热逐渐过渡到沸腾换热,从而导致热沉表面温度分布均匀性降低。     

新型径向平板热管传热性能的实验研究

提出了一种能够代替金属基板，并能与大功率模块一体化设计的新型径向平板热管结构．相对于金属基板，该热管基板的优势在于利用两相沸腾换热对功率模块内的集中热源进行扩散，因此其热扩散能力大大高于以导热热扩散的金属基板，从而能够提高模块的功率密度．对径向平板热管进行了稳态和瞬态传热性能实验，并与铜基板的实验结果进行了对比．结果表明：与铜基板相比，径向平板热管具有更高的热扩散能力，可降低模块的结壳热阻；热管冷凝面具有良好的等温性，当芯片功率密度为176W／cm^2时，热管冷凝面的温差在3℃以内；热管模块启动过程中芯片达到相同温度需要的时间长，有利于克服功率“飙升”和提高功率器件抗热冲击的性能．     

不同加热边界下定热流时圆柱形腔体内自然对流传热特性

以一侧全开式圆柱形腔体为研究对象,在考虑腔体内工质(空气)物性参数随温度的变化以及腔体固壁内导热与腔体内空气自然对流之间相互耦合的基础上,采用RNGk-ε紊流模型对不同热流密度、腔体倾角以及3种不同壁面加热边界时腔体内的自然对流传热特性进行了三维数值模拟。3种加热边界分别为底面加热(工况I)、侧面加热(工况II)以及底面和侧面同时加热(工况III)。结果表明,定热流下的圆柱形腔体内和开口面的温度和速度分布、腔体内壁平均温度、底面与侧面的平均温差、腔体内壁的平均努赛尔特数等自然对流传热特性不仅受到热流密度和腔体倾角的影响,还受到腔体壁面加热边界的影响,如只有底面加热的工况I与存在侧面加热的工况II和III相比,前者自然对流传热特性相差较大。     

烧结式微热管工质量模型的研究(英文)

微热管中工质量的多少,不仅影响微热管的传热性能,而且会影响微热管的传热安全性、可靠性与抗冻性.为了研究烧结式微热管中工质量的实验数学模型,通过对微热管工作原理与热流密度变化规律的分析,建立了微热管中工质量的数学模型,并通过对以蒸馏水作为工质,且对微热管灌注不同的工质量,在不同的温度下进行传热性能试验,对所建立模型中的相关参数进行求解.结果表明,在实际应用中,用所建立的实验模型进行计算,得出的工质量对烧结式微热管进行灌注,可以使烧结式微热管得到很好的传热性能.     

工业喷嘴雾化冷却特性测试方法

基于非稳态导热原理,设计并开发了一套喷嘴喷雾冷却特性测试实验装置。将Q215钢种试样加热并恒定表面温度,然后通过对表面进行喷雾强制冷却,连续采集并保存冷却过程中试件不同测点的温度变化。通过Matlab与VC6.0接口编程,离线拟合密度、比热容及导热系数等热物性参数与温度拟合方程以及不同测点温度与时间的拟合方程。结合测试的拟合方程,对非稳态导热方程进行离散处理间接测量表面的传热系数,进而评价喷嘴冷却特性。通过系列现场测试实验,测试喷雾冷却过程中表面温度,水流密度及喷水压力等条件下表面的传热系数,实验结果真实反映了喷雾冷却条件下喷嘴的冷却特性,并表明该方法可行,能实现喷嘴冷却特性测试及喷嘴性能评价。     

一侧全开式圆柱形腔式吸热器热损失特性实验

通过建立腔式吸热器热损失性能测试实验台,采用电加热的方法,分别在所有壁面加热和只有底面(开口对面)加热2种情况下,探讨倾角和热流密度等参数对一侧全开式圆柱形腔式吸热器热损失的影响,获得自然对流热损失的努塞尔特数Nuc和辐射热损失的努塞尔特数Nur分别与格拉晓夫数Gr、倾角φ、自然对流热损失的热流密度qc或辐射热损失的热流密度qr的实验关联式。结果表明,输入功率不变时,吸热器的自然对流热损失随着φ的增大而减小,导热损失和辐射热损失随φ的增大而增大,但增大的幅度不大;当qc一定时,Nuc随φ的增大而减小,而当qr一定时,φ对Nur的影响很小;并且2种加热情况下的热损失性能存在一定的差异,加热位置对辐射热损失的影响要比对自然对流热损失的影响小。     

真空渗碳炉加热系统结构优化数值模拟研究

为了优化加热系统结构,保证真空渗碳炉加热性能,采用COMSOL有限元软件建立真空渗碳炉加热过程数值模型,分析了加热系统中石墨加热管的数量、长度和分布半径等关键结构参数对工件表面热流密度、有效加热区温度分布的影响规律.模拟结果表明:加热功率恒定,减小加热管数量、长度和分布半径均可以使工件表面热流密度增大,加热效率提高;将加热管数量设为偶数,并适当减小加热管长度,增加加热管分布半径可以显著改善有效加热区内温度分布均匀性.该研究结果对真空渗碳炉加热系统结构设计优化具有一定指导意义.     

芯片表面微翅片强化FC-72流动沸腾传热

为采用高效传热技术来提高芯片的冷却效率 ,保证芯片的正常工作 ,研究了不带电介质FC 72在微翅片尺寸 (厚度×翅片高 )分别为 5 0μm× 190μm ,5 0μm× 2 5 0μm ,10 0μm× 15 0μm和 10 0μm× 30 0μm的 4种强化面芯片表面的流动与沸腾传热性能 ,探讨了FC 72过冷度对沸腾传热的影响 ,并与光滑面芯片的沸腾传热性能进行了对比 .实验结果表明 ,随着FC 72过冷度的增大 ,所有实验芯片的临界热流密度增大 .强化面芯片的临界热流密度所对应的壁温低于 85℃ ,而光滑面芯片的临界热流密度所对应的壁温高于85℃ .在相同过冷度下 ,强化面芯片的最大热流密度是光滑面芯片的 7～ 9倍 ,表明微翅片结构能显著地强化不带电介质FC 72的沸腾传热     

多孔挤压铝扁管电子芯片热沉的热性能研究

为了探讨多孔挤压铝扁管构成的新型微小通道热沉的换热特性，建立了三维共轭传热数值模型并通过实验验证了该模型的可靠性。模拟分析了在0.03 W的泵功消耗下，不同孔道高宽比、宽度比、孔道数目对热沉传热性能的影响，并详细计算导热热阻、对流热阻和热容热阻。讨论了不同内翅片的宽度及高度对强化传热系数 PEC的影响，提出了最佳的翅片宽度。该研究为此类型热沉的设计提供了参考依据。     

加热面尺寸对饱和池沸腾换热性能的影响

为揭示加热面尺寸对饱和池沸腾换热性能的影响,对8种不同尺寸光滑硅片表面在FC-72中的池沸腾换热性能进行了实验研究,通过高速相机观察了不同热流密度下各尺寸硅片表面的气泡动力学行为,分析了加热面尺寸对汽泡成核、脱离特性和换热系数的影响。结果表明,自然对流区内,相同热流密度条件下加热面尺寸越大,硅片对液体的热对流扰动越小,壁温越高且换热系数越小;随热流密度增大,换热面周边最先产生汽泡,大尺寸换热面与绝热胶的接触周长更大,产生的缺陷和凹坑能捕捉更多气体,因此率先进入核态沸腾。核态沸腾区内,小尺寸加热面汽泡脱离直径小、脱离频率高,换热性能好。高热流密度范围内,大尺寸表面的汽泡脱离直径和脱离频率随热流密度增大而迅速增大,表面换热增强。临界沸腾点时,换热系数随加热面尺寸的增加呈先增大再减小最后缓慢增大的变化趋势。     

泡沫金属毛细芯热管热性能实验研究

为解决大功率电子元器件的热管理问题,利用超轻多孔泡沫铜金属为毛细芯,设计一种新型热管(NHP)。以丙酮为工质,研究热流密度、热管倾角对该新型热管热性能的影响,并与传统热管(CHP)、热沉(heat sink)的热性能进行对比。研究结果表明:新型热管不仅热性能最佳,而且具有优异的均温特性,当热管倾角为0°、热流密度为117.2 W/cm~2时,加热面测温点之间的最大温差不超过7.0℃,且加热面中心点温度仅为56.2℃。热管倾角对新型热管的热性能有一定的影响,且热管倾角为0°时的热性能优于180°时的热性能。     

热管技术在广播电视发射机中的应用

介绍了一种热管散热冷却装置,尤其是应用于广播电视大功率发射机中功放模块基于热管加翅片相结合的散热装置。包括基板和密闭的空心热管。基板与发射机末级大功率功放模块的散热面紧贴固定,热管内壁上设有毛细结构,并填充工作液体,热管冷凝段以特定的角度固定在功放模块和基板的两侧,热管的蒸发段与散热基板紧贴连接。利用热管内流动的工作介质,冷却大功率功率模块,再通过在热管冷凝段上加装散热翅片对大功率功放模块所产生的热量进一步散热。热管技术在大功率发射机上使用,具有可靠性高、稳定性强、冷却效果好等优势。显著提高了大功率功放模块冷却装置的散热能力,为大幅度提升发射机末级功放模块功率提供了散热保证,极大地提高了发射机的效率和稳定性。     

翅片材料对扁管管翅式换热器耦合传热特性影响

为获得翅片材料对扁管管翅式换热器换热性能的影响,在耦合边界条件下对6种翅片材料对应的气—水换热器内层流流动与传热进行了数值分析.结果表明:翅片导热系数对翅片表面温度的不均匀性、空气通道内水平面上低温区长度以及空气通道内流场结构有不同程度的影响.管壁附近翅片表面局部Nu数几乎不受翅片材料影响,随着背离管壁的距离增大,小导热系数的翅片对前排管处表现出了较好的强化效果,不同管排对应位置上翅片表面局部Nu数的分布并不一致,小导热系数的翅片对板芯平均传热系数的影响较大导热系数翅片显著,而大导热系数的翅片对换热板芯平均传热系数的影响与空气流态关联性较大.     

采用R134a工质的相变喷雾冷却性能实验研究

为了研究大热流密度相变喷雾的冷却特性,搭建了以R134a为冷却工质的闭式循环喷雾实验台,开展了采用R134a工质的相变喷雾冷却性能实验。实验工况为:喷雾高度13mm,喷雾腔压力0.2MPa,喷嘴入口温度0℃,喷雾流量范围为0.210 7~0.355 8L/min。实验结果表明:当喷雾流量保持不变时,增大加热功率,热流密度增大,表面换热系数先快速升高最后有所下降;随着喷雾流量从0.210 7L/min增加到0.355 8L/min,临界热流密度呈现上升趋势;当流量为0.355 8L/min时,获得最高的临界热流密度(CHF)为94.75 W/cm2,此时冷却表面的壁面温度为35.42℃。这说明使用环保工质R134a作为冷却剂的喷雾冷却系统能同时满足高热流密度和低换热表面温度的要求,具有良好、稳定的换热冷却能力。     

热流密度对槽道热管传热性能影响的试验研究

对外径为15mm,长为150mm梯形轴向槽道热管的轴向温度分布、蒸发/凝结传热系数以及当量导热系数等传热特性进行了试验研究。试验所用热管的型材为铝合金,工质为氨。试验的结果表明,在冷源温度为40℃时,热管当量导热系数大概为3500～7500W/m.℃,蒸发传热系数大概为3700～5300W/m2.℃,凝结传热系数大概为2000～5000W/m2.℃,热流密度在1.2W/cm2以下时热管的工作性能良好,而在高热流密度下热管的传热性能恶化。     

平直-波纹翅片椭圆管外空气流动与传热特性的数值研究

利用三维稳态湍流数值模拟方法,研究了物性参数为常数的空气在波纹翅片椭圆管和4种不同结构参数的平直-波纹复合翅片椭圆管换热器翅片间的换热与流阻特性,揭示了空气进口流速(或雷诺数Re)、平直-波纹复合翅片中波纹段占有比例以及所处位置对翅片表面平均努塞尔数Nu、压差损失Δp和翅片管综合换热性能因子j/f影响的规律。结果表明,复合翅片中波纹段所处的位置对换热强度的影响显著,但对流动压降(Δp)的影响甚微;复合翅片中波纹翅片所占比例的多少是影响Δp的关键因素;翅片宽度方向平均Nu(x)的变化主要发生在翅片起始段,不同结构翅片末段的Nu(x)值相差很小,但此处的波纹翅片却会使总压降增加,即翅片末段宜采用平直翅片;几种翅片椭圆管换热器的综合性能j/f均有最佳值产生,起始段为6个波长波纹翅片与末尾段为8个波长的平直翅片形成的复合翅片椭圆管换热器的综合性能最佳。研究结果将对翅片管换热器的选型设计提供理论指导。     

轴向导热对板翅式换热器传热性能的影响

为了降低轴向导热对板翅式换热器传热性能的影响,利用计算流体力学软件Fluent,分别计算了考虑轴向导热模型和不考虑轴向导热模型的换热因子,引入无量纲参数传热恶化率(η)来评价轴向导热对板翅式换热器传热性能的影响程度,讨论了流体工况下翅片类型(平直翅片和锯齿翅片)、翅片结构、流体种类、翅片材料等因素对η的影响。计算结果表明,轴向导热对板翅式换热器传热性能的影响程度较大,流体工况下翅片类型、流体种类、翅片结构、翅片材料等因素对η均有所影响。其中,对于不同流体工况,当Re小于等于600时,η较大,此时在翅片的设计和选型时需要考虑轴向导热对其传热性能的影响;对于不同的翅片类型,在Re小于等于600时,锯齿型翅片的η低于平直翅片;对于不同翅片结构,无量纲参数β为70、翅片密度为4.1的此类平直翅片的η最大,在翅片选型时应尽量少选此类平直翅片;对于低温流体,Pr越大,其η越大;对于不同翅片材料,在综合考虑强化换热和减小轴向导热影响两方面因素下,并非高导热系数材料的传热性能最佳,而是在不同Re下,最大换热因子均对应一个最佳的导热系数。