静电卡盘与晶圆之间稀薄气体传热的影响因素

通过在晶圆背面填充稀薄气体的方式来对晶圆进行冷却或加热是等离子体刻蚀工艺中的一项关键技术。该文对晶圆与静电卡盘之间的稀薄气体传热问题进行了解析建模,给出了一个适用于整个气压范围的气体导热解析表达式,并用直接模拟Monte Carlo方法验证了其准确性。基于该解析模型,还对气体压强、狭缝距离、热适应系数和气体温度等影响传热系数的参数进行了研究,发现狭缝距离和气体温度对传热系数影响较弱,即静电卡盘表面形貌(如凸台高度等)和刻蚀温度对于静电卡盘与晶圆之间的传热效果影响不大;而气体压强和热适应系数都表现出对传热系数有明显的影响。因此,在实际的刻蚀工艺中,可以通过调节气体压强来改变静电卡盘与晶圆之间的传热效果。     

关于空塔流化床内气-固传热问题的探讨

1　前言流化床的传热过程可分为三个部分 :固体颗粒间的传热 ;颗粒与流体间的传热 ;床层与换热元件壁面间的传热 由于颗粒的快速运动使其导热系数极高 ,通常认为整个流化床层内颗粒温度均一 ,因此颗粒间的传热在设计中常忽略不计 .截至目前研究较多的仍是床层与换热元件之间的传热 ,而对固体颗粒与周围气体间的传热仅着重于物理过程 ,认为在出口处气一固达到热平衡 [1-4 ] 这种理论对强放热反应如烧炭再生过程显然是不适用的 结焦催化剂再生时 ,由于焦炭的燃烧而放出大量的热 ,固体颗粒与周围气体间可能存在显著温差 ,忽略这种温差极有可…     

吸热过程光-热耦合特性及复杂非稳态传热机理研究

太阳能热发电是太阳能的高品位利用方式,吸热器是太阳能热发电系统中用于聚光太阳辐射能与热能转换的核心部件。根据聚光器类型、传热介质、运行压力和温度的不同,吸热器主要有真空管式和腔体式两种类型。该课题针对极端条件(时空分布随机变化的高温、高热流密度),以提高吸热器吸热效率为目的,研究吸热器内辐射-导热-对流耦合的传热机理,构建设计各类吸热器需要遵循的理论架构,设计新型高效稳定的吸热器。该课题的研究对太阳能热发电的规模化进程具有非常重要的意义。实现了基于蒙特卡罗光线追踪法的自编数值模拟程序,获得了槽式、塔式和碟式吸热器吸热面上的聚焦太阳能流分布,实现了蒙特卡罗光线追踪法和用于求解流动传热问题的有限容积法的耦合,研究了太阳辐射由镜场到吸热器的一体化传播过程。研究了槽式太阳能吸热器内的流动换热特性,建立了槽式DSG集热器的稳态传热计算模型和动态模型,开发了两类管内强化传热技术;基于DSMC方法建立真空管空气夹层内稀薄气体传热模型;耦合管内对流传热、管壁导热、真空夹层稀薄气体传热及辐射传热、管外对流传热及辐射传热,可望建立真空管吸热器的跨尺度传热模型的数值预测方法。建立了腔式水工质吸热器和腔式熔融盐吸热器吸热性能的数学模型,获取了吸热器内部热流密度和吸热管道温度的分布规律以及吸热器的热损失。结合腔式吸热器热性能的数学模型,提出了由吸热器所需净能量推算吸热器开口所需太阳光能量的计算模型,发展了腔式吸热器启动过程性能模拟的数学模型,获得了吸热器启动过程开口所需能量数据曲线,吸热器启动过程的效率曲线和热损失曲线。研究了高温高压下空气吸热器内复杂耦合换热机理,分析了安装倾角、入口工质温度与质量流量等重要参数对有压腔式吸热器换热性能的影响;运用十四面体模型模拟多孔材料的内部结构,研究了多孔吸热结构内的对流传热特性。设计了搭建了太阳能空气吸热器实验平台,采用氙灯阵列模拟太阳辐射,多孔吸热材料表面可接受的辐射功率范围可达10 k W,热流密度可达2×106 W/m2;设计搭建了槽式DSG太阳能热发电实验研究系统,设计压力10 MPa、温度400°C,利用该实验系统除了对槽式DSG热发电系统进行试验研究外,还能对槽式热发电的集热器、聚光器的性能进行测试。     

聚合物/中空微球复合材料传热的理论模型

分析了中空微球填充聚合物复合材料的传热机理，指出其热传递主要以固体和气体的热传导、中空微球表面之间的热幅射和中空微球内气体的自然对流三种方式进行。基于最小热阻力法则和比等效导热系数相等法则，建立了热量传递的理论模型，并推导出了等效导热系数的计算式。应用该式估算了中空微球填充聚丙烯复合材料的等效导热系数（keff），并将其与数值模拟结果进行比较，发现当中空微球含量不高（φf≤20％（体积分数））时，等效导热系数的理论估算值和数值模拟值的变化趋势相似。随着中空微球含量增加，等效导热系数线性递减，当中空微球含量一定时，等效导热系数随着中空微球粒径的增加而有所下降。     

不同形状颗粒弥散复合材料的等效导热系数

根据最小热阻力法和比等效导热系数法对不同形状颗粒弥散复合材料的等效导热系数进行预测。采用以颗粒在传热方向上的特征长度为边长的立方体体积与实际颗粒体积之比作为形状因子,对不同颗粒形状等效为立方体时的无量纲相对特征长度进行修正,基于形状因子进一步推导了适用于不同形状颗粒弥散复合材料在中低体积分数情况的等效导热系数通用计算公式。此通用计算公式与实验值及其它模型计算值吻合较好,对于导热增强型复合材料,体积分数一定时,其等效导热系数与颗粒形状因子呈正比,增加颗粒在传热方向上的尺寸能有效提高复合材料的导热性能。     

外热式回转窑横截面内散体物料的传热特性

针对外热式回转窑横截面内散体物料传热问题,建立颗粒-筒壁导热、颗粒-颗粒导热的数学模型,使用离散元软件EDEM及二次开发工具C++对散体物料在滚落模式下的传热过程进行数值模拟,研究单个颗粒温度演化以及不同参数对物料传热特性的影响。研究结果表明:单个颗粒温度在平流层升温-活动层降温的循环中逐步升高,颗粒沿径向的"移位"现象对传热影响较大;加热过程中在散体物料内部存在"冷核"区域;转速不影响物料的平均温度,但影响物料温度分布的均匀性,转速越高,温度均匀性越好;填充率越小,物料平均温度越高,但物料温度的均匀性随着填充率变小呈现先减小后增大的趋势。     

单颗粒印刷线路板热解传热特性模拟研究

建立了单颗粒印刷线路板的传热模型,模拟了热解传热过程,分析了比热容、导热系数和反应热等参数对线路板颗粒温度变化的影响,并通过热重实验对模型进行验证分析.结果表明:在热解过程中,越靠近颗粒中心的部分,比热容变化对颗粒温度变化的影响越明显;在考虑与不考虑比热容变化两种条件下,线路板颗粒温度偏差最大可达21%;线路板颗粒导热系数存在各向异性特点,对于不同区域,y方向和z方向导热对温度变化的影响效果不同;实验与模拟热重曲线的热失重率差仅为9.78%,表明该传热模型设计较为合理.     

操作参数对等离子体射流传热和流动的影响

应用大气压热等离子体射流传热与流动的三维数学模型,预测了氩等离子体射流射入空气环境时的温度、速度及卷吸空气质量分数分布,并与文献中同等条件下的实验结果进行了比较,结果相吻合.在此基础上,分析了射流入口温度和速度变化、工作气体中添加高导热系数气体以及液料注入对射流卷吸环境空气和热等离子体射流传热与流动过程的影响.     

基于相变材料的锂离子电池热管理

相变材料被动式冷却利用相变材料相变时温度基本保持不变吸收或放出热量的特性,对电池组进行热管理。该冷却方式具有寄生功耗低、温度均匀性好、吸收或释放热量多等特点。但由于相变材料导热系数普遍较低,难以满足电动汽车在高电流密度工况下的电池热管理要求,从而限制了相变材料在电池热管理中的进一步应用。如何有效地提高相变材料的导热系数,同时保证其储热能力和化学稳定性,成为了研究相变材料电池热管理系统的关键问题。通过强化传热措施包括添加导热颗粒、金属翅片、泡沫金属和膨胀石墨可提高相变材料的导热系数。总结了四种强化相变材料传热的措施的研究进展,并概述了其传热措施的影响因素和强化传热效果。     

物料与窑壁间歇接触对回转窑传热过程的强化效应

根据回转窑内物料颗粒的运动特点，推导了颗粒团在贴壁运动过程中的非稳态导热系数及界面处的接触传热系数，进而得出了物料与封盖窑壁间的换热系数；结合已有研究成果，建立了回转窑的传热数学模型。计算表明，未考虑物料与窑壁间歇接触对回转窑传热过程的强化效应时，物料温度偏低；温度越高，强化效应对物料温度的影响越大；考虑物料与窑壁间歇接触对回转窑传热过程的强化效应，有利于提高回转窑煅烧熟料的质量和热效率。     

低温回热器交变流动阻力特性的比较

为了设计和优化小型低温制冷机,研究了不同工况下交变流动回热器的阻力特性,给出了不同丝网孔径的低温回热器在不同运行频率下的实验结果,并以此得到了阻力关系的拟合关系式.与其他拟合关系式进行比较,阐明了其表达式存在差异的原因.最后,提出了2个含有无量纲的关系式,用此关系式可预测不同工况下交变流动回热器的阻力特性.     

用双热流模型求解绝热材料中的复合导热辐射问题

本文是绝热材料中的复合导热-辐射问题的一种近似分析解。多孔性的绝热材料总是看作具有当量热物理性质(如导热性能、吸收和散射性能等)的连续介质。本文用近似的双热流模型法结合能量方程式求解。介绍它的原理,求解方法,计算步骤和结果,并和维斯康泰的精确解进行了比较。     

船用增压四冲程柴油机中冷器传热恶化对性能影响分析

描述了大发6PSHdM-26H柴油机中冷器的功用及运行影响因素,并根据其工作机理和结构特点,建立相应的物理模型和数学模型,确立数值计算方法,给出中冷器传热恶化对柴油机运行性能影响的计算结果及分析.指出中冷器传热恶化对柴油机有效耗油率的影响是双重的,污阻气流阻力增大和冷却能力变小,均使柴油机有效耗油率升高.     

新型流化床外取热器的性能验证试验

针对目前工业流化床反应器普遍采用的传统外取热器设备复杂、长周期可靠性差、传热效率低等问题,提出一种基于热管、具有更高设备可靠性的新型流化床外取热器。为考察新型外取热器的传热和流化特性,设计并建造一套小型热态性能验证试验装置,研究热管启动特性、流化特性以及不同因素对热管密相传热系数的影响规律。结果表明：热管具有非常高的传热效率,这表现在新型外取热器测得的传热特性规律总体与前人报道的密相流化床对流传热特性变化规律总体一致,也具有相近的数值范围;试验范围内热管在催化裂化(FCC)颗粒流化床的最大密相传热系数可达620 W/(m²·K),高于所有文献报道中工业FCC外取热器的实测传热系数,充分验证热管作为新型外取热器传热元件的可行性;在影响传热系数的众多因素中,表观气速的影响最大,床高次之,床温最小。     

一个高度角循环周期中异型腔式吸热器热损失规律数值模拟

温度影响吸热器保温内气体空气物性参数,基于HOTTEL辐射模型和三维数值模拟方法,研究了某地区一个高度角循环周期中自然对流情况下38 k碟式太阳能斯特林热机异型吸热器的热损失变化规律,得到了异型吸热器的温度场云图、对流和辐射热损失的平均努塞尔数以及热损失各项所占比例.结果表明：在一个高度角循环周期中,在不同的时间点,各项热损失所占的比例不一样,对流热损失先减小后增大,辐射热损失和导热热损失较小,且对流热损失的变化比较明显,其余的变化较小;高度角对Nuc的影响较大,Nuc随着高度角变大,先减小后增大;高度角对Nuc的影响较小,其变化只在一个很小的范围内波动;在任何情况下热损失中,对流热损失大于辐射热损失,辐射热损失大于导热损失.     

测定地下建筑围护结构热特性的新方法

提出在地下建筑围护结构原件上获取有关信息 ,用传热反问题原理确定外围结构热特性参数。用该方法确定热特性 (导热系数与导温系数 ) ,在平板导热仪及地下建筑模型中进行测定结果的比较 ,论证方法的可行性及工程的适用性。     

不同热边界条件下微通道内气体的流动与传热特性

构建了微尺度条件下含黏性热耗散和压力功的总能形式的双分布函数格子Boltzmann(LB)模型,计算并分析了恒壁温与恒热流边界条件下,稀薄效应对速度驱动的平直微通道内气体流动与传热特性的影响.结果表明:在不同的热边界条件下,稀薄效应对微通道内气体流动特性的影响一致,即均使得气体流速增大,通道摩擦系数减小;由于气体温度场分布的差异,使得稀薄效应对气体传热特性的影响截然不同,在恒壁温边界条件下气体传热特性有所提高,而在恒热流边界条件下气体传热特性有所减弱.     

考虑边界滑移的微通道热沉传热传质性能研究

考虑固液界面边界滑移条件,研究了具有矩形、椭圆形和三角形这3种不同截面形状的微通道热沉的传热传质性能。研究发现,随着滑移长度的增加,流体阻力逐渐减小,对流传热系数逐渐增大。具有相同滑移长度和截面形状的微通道热沉的流体阻力和对流传热系数均随水力直径的增加而减小。在微通道截面面积相同的条件下,三角形微通道热沉的对流传热性能最差;对于椭圆形和矩形微通道热沉,当水力直径小于某一临界值时,矩形传热效果更优,而大于这一临界值时,椭圆形传热效果更好。     

真空度对真空隔热油管隔热性能的影响研究

在测试隔热油管视导热系数的实验模型基础上,建立了隔热层传热的数学模型;以常用的不同型号隔热油管为例,分析了真空度对隔热油管隔热性能的影响,得到以下结论:当隔热层内部压力在(0～20)Pa之间或者大于40Pa时,其视导热系数随着压力的增大而增大;当压力在(20～40)Pa之间时,其视导热系数随压力的增大存在波动性的减小,隔热层中气体压力在(30～40)Pa间,隔热油管视导热系数较小。     

丝网回热器中换热性能的优化

建立了低温制冷机回热器的非各向同性多孔介质模型,基于可用比热容、轴向导热率、回热效率和综合性能参数等性能指标,以不同目数及丝径、不同物性材料的金属丝网回热器为对象,对回热器的换热性能进行了数值优化研究.结果表明:回热器填料的比热容和密度越大,可用比热容越大,则制冷量越大;可用比热容相同时,热渗透深度大的制冷量反而小;可用比热容随着径向导热率的增加而增大,但制冷量却随之减小;轴径向导热比取0.1时,制冷机的制冷量比回热器按各向同性处理时要高0.5～2.0 W,可见通常模型中不考虑非各向同性因素计算获得的制冷量会偏低;选择导热率相对低的填充材料或通过改变丝网填充方式来降低回热器轴径向导热比,可减小轴向漏热量;通过控制不同目数丝网的填充比例(体积分数),如热端75 0目和冷端25%0目,且冷端采用导热率较低的不锈钢丝网的多段式回热器,可提高回热效率和综合性能参数,从而获得更佳的换热效果.