晶圆片快速热处理工艺中温度非均匀性研究

采用传导与辐射耦合传热模型,对晶圆片内传热过程进行了数值模拟,研究了热传输特性变化对于晶圆片表面温度非均匀性的影响.结果表明:硅与掺杂硅导热系数的提高有助于减小沿晶圆片表面的温差,而总的温度水平变化很小;当吸收系数从104降至103 m-1时,晶圆片顶部表面的温度水平和温差骤降,当吸收系数等于103 m-1时,温度水平和温差变化不大;发射率对于晶圆片顶部表面温度水平和温差具有主要影响,提高发射率可以轻易增加晶圆片表面的温度水平;使用改善后特性数据,总的温度水平较基础算例降低约200K.研究结果有助于认识快速热处理工艺中能量传输过程、改善温度监测和控制水平.     

高炉热风炉用高发射率涂料的节能效果及机理分析

为研究高发射率涂料在高炉热风炉蓄热室内的应用效果,应用数学模拟和工业试验对比的研究方法对节能效果进行了分析.结果表明:模拟结果接近工业应用数据,可以定量地说明涂料对热风炉传热过程的积极作用;应用高发射率涂料后,可使高炉热风炉热风温度升高25℃,烟气温度降低13℃.结合数学模拟和工业热诊断结果,对涂料在热风炉内使用的节能机理进行了分析.认为在格子砖表面涂覆高发射率涂料,在燃烧期会使蓄热体内烟气与格子砖辐射换热加强,格子砖表面温度增加,且使蓄热体蓄热量增加.模拟结果表明:烟气中CO2成分对提高辐射传热起重要作用;CO2体积分数平均每提高5%,则热风温度提高6～8℃.     

直通式真空集热管的热性能研究

为了研究直通式真空集热管内的换热特性以及影响集热管性能的因素,建立从吸收管到外界环境的不同阶段的传热数学模型,对每个传热阶段进行分析与计算;当吸收管内外表面温度一定时,导热量随着壁厚度的增加而减少,吸收管外径与内径比为1. 05时的导热量只有1. 02时的1/3;吸收管的导热系数与吸收管自身温度有关,单位温差下吸收管温度每提高100℃,导热量就会增加约163 W/m;吸收管与玻璃管之间对流换热量主要受环形区域压力影响;辐射换热量受吸收管外表面温度影响较大,金属吸收管的发射率会随着温度提高而增加;玻璃外管温度越高,环境温度越低,辐射换热量越大;环境风速的增加会强化对流换热系数,增加热损失.     

基于多光谱法的目标真温及光谱发射率自动识别算法研究

针对以往目标真温及光谱发射率的计算结果偏差较大的问题,提出了一种新的发射率假设模型,并在此基础上提出了一种新的多光谱辐射温度计的数据处理方法,即通过处理2个不同温度点处的多光谱辐射温度计的测量数据,可同时获知2个温度点处的真温及光谱发射率.仿真结果表明,只要温度估计初值与真实情况的误差在±200K以内,即可得到较好的计算温度值和计算发射率值.新方法在不需要实时数据处理的场合,是一种自动辨识目标真温及光谱发射率的较实用的方法,可适用于大多数工程材料的目标真温及光谱发射率的测量问题.     

辐射平衡时介质内温度交点的现象及其探究

通过DRESOR(被边界吸收或介质散射的能量分布)法揭示了一维辐射传递过程中可能存在的温度交点的现象,并对该现象进行了分析研究.研究结果证实其原因是在交点处存在着辐射传递的完整对称性,使得该点处辐射平衡温度不受其他参数变化的影响.空间介质中心两侧光线传递完全对称条件下才可能出现该交点现象,而介质的各向同性散射反照率和梯度折射率分布对交点的位置无影响.若介质两侧壁面发射率相等,则发射率值的大小对交点的位置无影响;若两壁面发射率不等,则交点会向发射率较大的一侧移动.此外,两壁面的温度只影响辐射平衡时交点处的温度,对交点的位置无影响.     

壁面参数对甲烷微尺度催化燃烧的影响

采用计算流体力学方法对微通道中甲烷/空气预混气体在铂催化剂作用下的表面反应及散热特性进行了数值研究。3维模型采用详细的表面基元反应机理,并考虑了壁面与流体区域的耦合传热、壁面内的导热及壁面与外界环境间的对流、辐射换热等传热过程。计算结果显示：导热系数会极大地影响壁面温度的均匀性,外壁面的对流换热系数及发射率则是决定微燃烧器热量损失的关键因素。增大壁厚虽然可以减小单位面积散热,但是会增加总的热量损失。热量损失的大小会改变微通道中燃料的反应速度和停留时间,从而对甲烷的转化率造成影响。研究表明：在构建微燃烧器时宜采用具有较大导热系数的材料,同时采用多种方法来降低壁面热量损失。     

低温可视化力学装置传热分析与计算研究

为优化干冷式宽温域低温可视化力学测量装置的内部传热特性，降低装置传导和辐射漏热，提高样品的温度均匀性，基于Sage、COMSOL研究了不同尺寸试样的温度场分布，对比了两种计算方法的一致性。研究了试样表面发射率、窗口表面发射率以及窗口尺寸对试样温度的影响。结果表明：Sage、COMSOL两种方法计算的试样最低温度分别为4.211 5、4.219 4 K,温度基本一致，且Sage一维计算方法可以更直观地分析低温装置内各个传热节点的参数；当试样尺寸为3 mm×30 mm×2.5 mm的小规格尺寸，试样表面发射率低至0.01时，试样自身温度最为均匀，两端温差仅为0.005 K;降低窗口的表面发射率、减小窗口的辐射面积均有利于试样温度的均匀分布；小尺寸试样的温度分布几乎不受材料表面发射率和窗口参数的影响，自身温差始终保持最小。     

金属防热瓦温度及发射率的测量

为了解决金属防热瓦在连续加热过程中热边表面温度和发射率的测量问题,基于多光谱辐射测温的参考温度数学模型,提出了一种数据处理方法。该方法假设材料的光谱发射率在选定的光谱处与温度有近似相同的线性关系,通过处理2个不同温度点处的多光谱测量数据,从而得到防热瓦的真温及光谱发射率。采用多光谱辐射高温计测量了某种防热瓦在900~1 300℃的温度范围内的辐射,并进行数据处理。实验结果表明:只要温度估计初值与真实情况的误差在±200℃以内,即可得到较好的计算温度值和计算发射率值,测量不确定度在2%以内。     

金属防热瓦温度及发射率的测量

为了解决金属防热瓦在连续加热过程中热边表面温度和发射率的测量问题,基于多光谱辐射测温的参考温度数学模型,提出了一种数据处理方法。该方法假设材料的光谱发射率在选定的光谱处与温度有近似相同的线性关系,通过处理两个不同温度点处的多光谱测量数据,从而得到防热瓦的真温及光谱发射率。采用多光谱辐射高温计测量了某种防热瓦在900-1300℃的温度范围内的辐射,并进行数据处理。实验结果表明:只要温度估计初值与真实情况的误差在±200℃以内,即可得到较好的计算温度值和计算发射率值,测量不确定度在2%以内。     

柴油机水冷中冷器冷却性能仿真与试验

为了研究增压空气和冷却液对中冷器散热性能的影响及阻力特性,采用流-固耦合传热模型和换热器模型,对重型柴油机水冷中冷器内部流场和温度场进行三维数值模拟,分析中冷器内部流动阻力损失和传热性能,并通过台架试验对仿真结果进行验证。研究结果表明:进气口处空气回流较大,增加了空气流动的阻力和流动不均匀性;增压空气流量越大,冷却效率越高;空气出口温度控制在30~40℃,散热效果较好,满足使用要求;冷却液温度对中冷器冷却性能影响较大,温度每升高10℃,换热效率降低5%~10%。     

异型热管反应器硅烷分解过程流场的数值模拟

基于异型热管传热机理,设计出一套适用于硅烷法生产电子级高纯多晶硅的反应器,利用Fluent软件对反应器内流场进行了研究.结果表明:反应器内温度场比较均匀,异型热管的加入改善了温度分布,各截面温度随进料气进口速度增加而降低,进口速度由10,m/s提高到50,m/s,反应器内温度降低了4.64%;各截面温度随硅棒增粗而逐渐升高,硅棒从60,mm增粗至140,mm,反应器内温度升高了9.44%,;反应器内各截面硅烷浓度大致保持均匀,各截面硅烷浓度随进料气进口速度增加,随硅棒增粗而降低;硅棒表面沉积速率随进料气进口速度增加而提高,随硅棒增粗而降低.     

低温热水地板辐射采暖供暖效果及节能优势分析

由于建筑节能的势在必行,低温热水地板辐射采暖在住宅中的应用越来越广泛,本文通过对低温热水地板采暖的传热计算,得出房间温度分布整体较均匀,温度场水平分布和垂直分布的差异较小,可改善人类居住环境的舒适性。并通过实测值与传热计算值的对比分析,说明地板以上0.5m处温度下降较大,0.5～2m处温度开始上升,但温度梯度较小。由此分析低温热水地板辐射采暖系统的建筑节能优势。     

某航空发动机舱电子设备热设计

为了满足航空发动机舱电子设备热防护和热管理系统设计需要,本文对发动机舱内部热量产生和传递过程进行分析,得出了电子设备达到热平衡时的平衡方程,给出了与电子设备相关各部分热量的计算方法,建立了发动机舱电子设备传热计算模型。针对某航空发动机和电子设备的具体参数和工况,利用建立的传热模型进行迭代求解和分析。结果表明：与发动机舱空气温度相比,发动机机匣温度对于传入电子设备内部的热量值影响较大。隔热材料表面发射率越高,隔热材料表面的平衡温度也越高,传入电子设备内部的热量越多。     

基于RC简化传热模型的混凝土辐射顶板传热及供冷能力研究

为研究混凝土冷辐射板的传热情况并对其供冷能力进行分析,采用RC简化传热模型建立混凝土辐射板二维稳态的传热模型,对混凝土辐射板内部传热情况进行模拟,计算得到混凝土内部及表面温度场.根据计算结果分析不同供水温度、埋管间距情况下,冷顶板表面的温度分布情况及供冷能力.经过实验验证,RC简化传热模型对板内温度和供冷能力的计算误差小于6%;混凝土冷辐射板供冷能力受供水水温、埋管间距及流量的直接影响,当供水温度为11~14℃,总流量为0.26~0.33m~3/h,室内空气温度为25~26℃时,混凝土辐射板平均供冷量为40~50 W/m~2.     

Fe2O3基红外辐射材料发射率影响因素研究

通过分析Fe2O3基红外辐射涂料不同温度下的发射率曲线,研究了影响红外辐射涂料发射率的一些重要因素,并对它们影响机理,通过x射线衍射光谱分析进行了初步探讨.试验结果表明:涂料中加入非金属氧化物SiC可以提高发射率;0.1 mm是涂层的最佳厚度;合理控制预处理工艺可以提高发射率.     

地板辐射采暖传热模型修正及散热因素分析

楼板向下散热量和内外墙体温度差异较大时,利用现有的模型计算地板辐射采暖系统地面温度分布导致误差较大.通过分析内外墙和楼板对地板辐射采暖系统传热的影响,找出零热面模型的不足,修正了传热模型,并分析影响采暖盘管的散热因素.研究结果表明, (1)内外墙体的壁温相差大时,零热面模型误差偏大,则内外墙边界条件设为第一类边界条件较合理;(2)楼板下表面设为由辐射换热等效的第三类边界条件较合理;(3)管径增大导致地板表面温度增加趋势减小.管间距、热水温度增大导致供热区域地板表面温度分布呈周期性变化逐渐明显.且管间距变大导致其周期增加、热水温度变大导致其振幅增加.选择合适的地板层材料才能保证舒适的地面温度.     

高发射率节能涂层的制备及性能研究

在耐火材料表面成功制备出新型高发射率节能涂层,涂层的发射率达到0.90,厚度约为300 μm.涂层与基体间有3 mm左右渗透层,基体到涂层的连续过渡层结构保证了涂层与基体间良好的黏结性能和优异的抗剥落能力.涂层在1 750 m3高炉热风炉上应用.结果表明,涂层能提高热风温度28 ℃,同时减小送风温度的波动.高发射率涂层强化了气-固相间辐射传热,提高了炉窑的热效率,从而缩短了加热时间、提高加热温度和降低燃料消耗.     

毛细吸液芯换热板的设计与实验

提出了由柠檬酸钾-石膏配制而成的毛细吸液芯换热板,用水作冷却介质时柠檬酸钾-石膏板就成了一块通流率为55.3%的均布流道。通过改变毛细吸液芯换热板的表面发射率(低发射率0.23,高发射率0.95)及冷水温度(7～18℃),在维持室内温度为26℃(±1℃)情况下,对平均孔隙半径r=0.015 mm,孔隙率55.3%的毛细吸液芯换热板的换热特性进行研究。结果表明,在高发射率条件下,毛细吸液芯换热板的制冷量满足常规辐射空调要求,与蛇形辐射换热管相比初成本减少了80%,并回归出毛细吸液芯换热板的传热准则方程:Nu=0.029Re0.21Pr2.6θ0.7。为建立完整的毛细吸液芯换热板设计理论提供了依据。     

低温冷箱中辐射与导热耦合传热的数值模拟

针对3种不同的隔热处理方案，对低温冷箱中辐射和导热耦合传热进行了数值模拟，同时考虑了管道、支架和横梁对系统传热的影响．计算结果表明：在相同情况下，采取设备包铝箔和加隔热屏的措施使换热器表面的辐射跑冷损失减少了2／3以上；只加铝箔隔热屏时，换热器与横梁间的热桥跑冷也得到了改善，跑冷损失减少了1／2左右。因此，在冷箱与换热器之间加铝箔隔热屏是改善低温冷箱温度分布和降低跑冷损失的一种有效方法。     

热辐射对中庭火灾烟流的影响

根据中庭火灾特点，提出了考虑辐射换热损失和壁面传热损失，不考虑燃烧过程视火焰为体积热源，浮升力作用下火灾烟气紊流流动的场模型，引入6通量辐射换热模型，分析热辐射对中庭火灾烟流的影响，并将辐射换热损失计入壁面传热损失，简化辐射换热模型计算，采用PHOENICS通用软件进行数值计算。结果表明，由于中庭温度相对较低，较射换热的影响较小，将壁面传热系数取最大值，从而将辐射换热的影响计入壁面传热损失的计算方法是可行的，应进一步完善数学模型，引入燃烧子模型。