局部高热流密度器件射流冲击冷板流动传热特性数值研究

为解决大功率雷达等设备中存在的局部高热流密度热管理难题,进行了大幅面、非均匀高热流密度散热技术研究,提出了一种可同时对上下两侧发热面进行冷却的嵌入式射流冲击冷板,开展了受限空间射流冲击冷却过程流动换热特性数值模拟,获得了嵌入式射流冲击冷板内部的流动换热特性,并对射流冲击距离、射流孔直径、冷板体积流量等参数对流动换热性能的影响规律进行了分析。结果表明,对尺寸为50 mm×72 mm、背景热流密度为1.2 W/cm²、布置有8个3 mm×3.5 mm、125 W/cm²高热流密度芯片的发热面,嵌入式射流冲击冷板的换热系数分布特点可满足局部高热流密度散热需求,且在射流冲击距离为3 mm、射流孔直径为2 mm时,综合考虑换热性能与压降后的冷板性能最佳,在冷板体积流量为5.5 L/min时,芯片最大温升为15.6℃,压降为3.917 kPa。所提嵌入式射流冲击冷板及研究结果可用于局部高热流密度器件热管理。     

T/R组件性能退化试验系统设计与实现

T/R组件是有源相控阵雷达装备的重要部件,其性能变化严重影响雷达技术、战术指标,通过试验系统进行T/R组件性能退化试验是分析T/R组件性能变化的重要途径。在分析T/R组件性能退化试验流程基础上,设计了T/R组件性能退化试验系统结构;设计了试验系统平台,解决了多个T/R组件自动测试与开关级联切换下的噪声系数测量问题;设计了自动测试软件,实现了T/R组件性能参数的自动测试、测量结果的自动存储。基于此试验系统,进行了某型T/R组件的性能退化试验,结果表明该试验系统能够自动完成多个T/R组件性能参数的自动测试,提高了测试效率,为T/R组件和有源相控阵雷达的性能分析提供了试验平台。     

大功率T/R组件的设计探讨

本文主要就有源相控阵雷达中的大功率T/R组件的设计从微波功率器件的比较选择、功耗、散热方式的选择、电磁兼容性等方面进行了阐述、分析和探讨,并给出了大功率T/R组件设计的一些方式。     

聚变堆包层第一壁流道换热性能研究

以聚变堆包层第一壁内流道作为研究对象,设计了以空气为介质的包层第一壁U型流道换热性能实验台架.通过测量第一壁流道沿流动方向的温度和压力分布,研究了在不同管径和雷诺数下,温度、流速和弯头形状等因素对第一壁流道换热性能的影响,并与数值模拟结果进行了对比分析.实验结果表明:30mm×30mm最大的U型方管可以在不增加流动阻力的情况下,提高流体与管壁之间换热强度23%,并且通过弯头处渐缩的优化改进可进一步提高换热强度15%,数值分析结果与之也较符合.本研究表明通过改变包层第一壁流道的形状和尺寸可以有效提高第一壁流道的换热性能.     

酶交联明胶水凝胶性能研究及仿生微流道制备

针对当前水凝胶构建实质性功能器官存在制备血管网络困难的问题,采用了转谷氨酰胺酶(mTG酶)交联明胶构建明胶水凝胶圆形仿生微流道的方法。研究了明胶水凝胶的力学性能、成形性能及生物性能与明胶浓度的关系,提出了明胶水凝胶构建微流道结构的工艺条件,评价了微流道构建工艺的成型精度、力学性能和内皮化功能。结果表明:随着水凝胶浓度的提高,水凝胶的力学性能成线性增加,微结构的成型性能也逐步改善,但是浓度过高生物性能反而降低,明胶质量浓度为0.1g/mL的水凝胶综合性能相对较好,可用于构建圆形仿生微流道;采用的微流道成型工艺保持了原有水凝胶的力学性能,但是存在一定的成型误差,细胞在微流道内分布均匀,实现了微流道的内皮化。通过研究不同浓度的酶交联明胶水凝胶,制备的仿生微流道有望用于实质性功能器官的仿生再建。     

大倾角下新型热管冷板传热性能的试验研究

针对在受限空间内工作的行波管阵列所面临的多热源、高热流密度、高散热功率冷却问题,研制了一种新型热管冷板.在自行设计建立的试验台上,对新型热管冷板在大倾角下(60°≤θ≤90°)工作时的传热性能进行了系统的试验研究.试验结果表明,在不同加热总功率P(1600—4000W)和不同冷却水流量Q(100—400L/h)下,热管冷板均能在3—15m in内正常起动.除了P=1600W、Q>300L/h情况下的冷板均温性不能符合行波管冷却要求外,其余试验工况下冷板壁面的最大温差ΔTmax<10℃,冷板壁面的最高温度ΔTmax<70℃,热管冷板的总热阻<0.01℃/W,表明新型热管冷板具有优异的均温高效传热性能.为了有效地发挥新型热管冷板的均温高效散热性能,必须保证其在匹配的冷凝段冷却条件和蒸发段加热条件下工作.在试验的倾角范围内,随着倾角的增大,热阻单调递增;冷却水流量增大或加热功率增加时,热管冷板的换热增强,热阻减小.     

PI-TSV等效热导率提取与验证

与传统的T/R组件相比,采用转接板技术实现的2.5D集成硅基T/R组件体积更小,集成度更高,散热性能更好.硅通孔（through-silicon-via,TSV）是其中的关键结构.本文针对2.5D集成的复杂T/R组件难以直接建模进行有限元热学仿真的问题,通过提取TSV等效热导率的方法简化仿真.对聚酰亚胺（Polyimide,PI）作为绝缘介质层的硅通孔（PI-TSV）进行了相应的有限元数值模拟,并改变结构参数,研究了不同结构因素对PI-TSV等效热导率的影响.给出了PI-TSV等效热导率关于中心导电铜柱直径、绝缘介质层厚度及TSV间距的经验公式.      

热泵热水器螺旋套管冷凝器中R22的凝结换热性能

螺旋套管换热器因其优越的结构特性和高效的换热效率在热泵系统中得到了广泛应用,本文通过实验方法对螺旋套管冷凝器中R22的凝结换热性能随制冷剂干度、进水温度、进水流量的变化情况进行了测试,得到R22的凝结换热系数随制冷剂干度、进水温度、进水流量的变化关系。结果表明:R22的凝结换热系数随干度的减小而增大。R22的凝结换热系数随进水温度的升高而减小,进水流量为0.4 m3/h时,当进水温度由17℃上升至34℃,R22的凝结换热系数由3 346 W·m-2·k-1减小至3 002 W·m-2·k-1.R22的凝结换热系数随进水流量的增大而增大。当进水温度为17℃时,进水流量由0.4 m3/h增至0.53 m3/h,R22的凝结换热系数由3 346 W·m-2·k-1增至4 168 W·m-2·k-1.通过对文献中制冷剂在相似流动通道内换热关系式进行合理修正,计算得到R22在螺旋环形通道内的凝结换热系数,并与实验结果进行比较。     

天线阵面沸腾换热的数值分析及优化

为研究雷达天线阵面的冷却降温效果,建立了两相流蒸发冷却模型,并着重分析了沸腾换热在局部高热流密度条件下的换热能力,局部热流高达800kW/m2。采用VOF模型结合用户自定义控制方程,数值计算三维流道内的沸腾传热现象,从气液流动趋势上寻找阻碍换热的因素。结果表明:VOF模型能较好地用于分析气液两相流动中的层状流、泡状流以及气液流动趋势;通过减小弯道处过流面积提高局部流速的方法可以缓解气相在弯道处的汇聚,消除了0.9K的局部过热;对于单侧高热流蒸发的数值分析,蒸发控制方程的调节系数在500左右为宜。温度计算结果与实验结果趋势一致,总体偏差5K左右,数值分析可以用于研究冷板的沸腾换热。     

大功率半导体发光二极管液冷板散热性能分析

液冷板体积小,散热效果明显,被广泛应用于密集电子器件的散热。为研究液冷板内部的流动与传热过程,实现高效散热,利用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法对液冷板进行热固耦合三维数值模拟,对比分析了水、乙二醇、酒精及甘油4种常见的不同类型冷却液在冷板内的流动规律与换热特性,研究了冷却液入口流速对综合散热性能的影响,并通过理论计算的方法加以验证。结果表明：设计的液冷板具有较好的流动和换热性能,4种冷却介质的综合散热效果均随入口流速增加而得到不同程度改善,最佳入口工况流速为2.5 m/s。以发光二极管芯片结温为散热性能指标,发现水的散热效果最佳,基板表面温度分布较为均匀。     

Experimental study on the effect of additives on the heat transfer performance of spray cold plate

The spray cold plate has a compact structure and high-efficiency heat exchange, which can meet the requirements of high heat flux dissipation of multiple heat sources, and is a reliable means to solve the heat dissipation of the next generation of chips. This paper proposes to use surfactants to enhance the heat transfer of the spray cold plate, and conduct a systematic experimental study on the heat transfer performance of the spray cold plate under different types and concentrations of additives. It was found that among the three surfactants, sodium dodecyl sulfate (SDS) can improve the heat transfer performance of the spray cold plate, and at the optimal concentration of 200ppm, the heat transfer coefficient of the spray cold plate was increased significantly by 19.8%. Both the n-octanol-distilled water and Tween 20-distilled water can reduce the heat transfer performance of the cold plate using multi nozzles. In addition, based on the experimental data, the dimensionless heat transfers correlations for the spray cold plate using additives were conducted, and the maximum errors of dimensionless correlations for using additives were 2.1%, 2.8%, and 5.4% respectively. This discovery provides a theoretical analysis and basis for the improvement of spray cold plates.     

表面形貌对沸腾换热影响的实验研究

以去离子水为工质,通过实验研究了外形尺寸为16 mm×24 mm,表面为紫铜光面、120目砂纸打磨表面、腐蚀表面及槽道表面上的池沸腾换热现象。结果表明,4个换热面上的换热热流密度随着ΔT的增大而增大,腐蚀表面、砂纸打磨表面及槽道表面的沸腾换热均强于光滑面,轻微腐蚀更有利于沸腾换热;当ΔT<4 ℃时,4个换热面均无气泡产生;当ΔT=6 ℃时,120目砂纸打磨面具有比槽道面更好的沸腾换热效果。     

微纳表面热功能结构及其脱合金原位成形方法

表面热功能结构广泛应用于热能转换与传递的各个环节,是机械与工程热物理交叉领域重要的研究方向。从加工学的角度综述了表面热功能结构的微纳发展现状和趋势。分析表明,对表面微纳结构的规则性、水热稳定性、固液界面特性的有效控制是提升传热性能的关键,也是表面微纳热功能结构加工领域的挑战。介绍了基于脱合金技术的表面纳米多孔金属结构原位成形方法及其在强化沸腾传热领域的应用现状和前景。     

利用矩阵风扇改善散热器冷热介质温差场协同性

基于传统乘用车的冷却模块共设计了5种矩阵风扇,利用数值模拟技术分析矩阵型式不同以及冷却空气流量不均匀对散热器换热性能和场协同数的影响.结果表明:采用矩阵风扇能够增加散热器的冷热介质温差场协同数,散热器换热量和冷热介质温差场协同数存在显著的正相关性;当通过散热器的冷却空气流量分布不均匀时,散热器换热量明显下降,且随着转速比的增加,换热量的降幅逐渐减小;散热器芯体不同区域冷却空气流量的变化对散热器换热性能的影响权重不同,当低温区对应的冷却空气流量较大时,散热器换热量以及温差场协同数的降幅增加.     

基于液冷的锂离子电池组热均衡性研究

为了改善车用锂电池模组在高温高倍率工况下的热均衡性,根据圆柱形锂电池的传热特性,建立了18650锂电池单体的三维热模型,并完成40 °C环境自然对流下的热特性仿真,并通过温升试验验证了生热模型的可靠性. 在此基础之上,针对某型纯电动汽车的动力电池组,提出了一种夹套式电池模组冷却系统,利用Fluent研究了40 °C环境下冷却液流量、冷却液温度和放电倍率对电池组散热均衡性的影响. 结果表明:增加冷却液流量可以有效降低电池组最高温度、最大温差及电池自身温差,改善电池间的温度均匀性;但当入口流量增至0.03 kg/s后,对电池组散热性能的改善效果十分有限;降低冷却液温度后,电池组最高温度下降,但电池组最大温差与单体电池间温差不断上升,单体电池自身最大温差略有降低;当放电倍率增大时,电池组最高温度与最大温差均不断上升,单体电池间温差以及电池自身温差显著增大,电池组热均衡性变差.      

电动汽车动力电池组液冷散热优化

电动汽车动力电池在充放电过程中快速产生大量的热量,开展高效散热设计有利于提升电池组工作效率及其安全性。采用冷板和电池组相结合的方式进行电池组液冷散热设计,以50℃作为临界最高温度进行研究,结果表明冷板与电池组采用侧面侧方布置时电池表面平均温度最低,温度均匀性较好。满足散热设计对应的相间侧向所需质量流量最小且为0.05 kg/s,而相间上向模型的压降最小。因此,电池组散热设计时可优先选择电池单体与冷板相间布置的结构。     

平板式内构件管式换热器传热性能研究

实验研究了安装有平板及45°平板扰流内构件的管式换热器传热与压降特性,结果表明：管内插入平板和45°平板扰流内构件时,换热器传热性能和压降特性随扰流内构件组数N和Re的增加而增大;当Re ≥ 2.6×10⁴时,换热器压降增加比较显著;当N>6时,平板内构件换热器传热性能强化稍优于45°平板内构件换热器,但是压降明显较大;两种内构件组数不宜超过9组。在实验研究范围内,平板和45°平板内构件换热器传热性能分别是空管换热器的1.66~3.47倍和1.67~3.38倍,压降分别是空管换热器的6.25~29.57倍和3.61~10.77倍。Re在1.9×10⁴左右时,平板和45°平板综合性能评价因子达到最大,分别约为1.24和1.57,说明45°平板内构件换热器综合性能优于平板内构件换热器。随后进一步采用数值模拟方法对换热器的传热和流动特性进行了模拟,结果表明：有角度平板可以使流场旋转产生二次流动,强化了传热,降低了换热器压降的增幅。因此,将有角度的内构件插入管式换热器中可有效增加换热器的综合传热性能。     

环状流条件下水平蒸发管周向壁温变化特性研究

对纯工质R22和非共沸混合工质R32/R134a(25％／75％)在水平光管和微翅管内的流动沸腾特性进行了实验研究，分析了两种工质在环状流条件下水平管的周向壁温变化特性，为动力工程蒸发换热设备以周向壁温变化来判断两相流流型提供了理论基础。