液态金属高性能冷却技术:发展历程与研究前沿

 "热障"问题已经成为阻碍高端电子芯片和光电器件向更高性能发展的重要挑战,发展高性能芯片冷却和热管理技术迫在眉睫。作为一大类新兴的热管理材料,液态金属在对流冷却、热界面材料、相变热控等领域均带来了观念和技术上的巨大革新,打破了传统冷却技术的性能极限,给大量面临"热障"难题的器件和装备的冷却提供了全新解决方案,有望在国防、航空航天、能源系统及民用电子设备等领域的冷却与热管理系统中发挥重要作用。本文回顾了液态金属先进冷却技术的发展历程,主要包括液态金属对流冷却技术、液态金属热界面材料、液态金属（低熔点金属）相变储能与热控技术、基于液态金属的复合冷却技术等;梳理了液态金属冷却技术中的关键科学与技术问题和面临的挑战。     

侧吹炼铜过程中乳化现象的模拟

为定量描述熔炼过程中乳化现象,首先建立了基于相似原理的物理模型,然后使用高分辨率相机和Image Pro-Plus 6.0软件考察了气体流量对熔池内乳化层的形成、乳化液滴尺寸分布的影响规律,最终建立了传质界面面积ɑ的估算方法.结果表明:乳化液滴的体积表面积平均直径值(SMD)随着气体流量的增大而减小,乳化层内ɑ值随着气体流量的增大几乎呈线性增长,铜锍与渣的分离可由重力和扩散传质引起.     

500kV架空线路地线防振锤滑移分析及结构改造

本文通过对地线防振锤的结构、材料、运行环境及受力特点的分析,找出了地线防振锤滑移的影响因素.针对影响因素提出了4种防滑移方案,并比较得出了最佳方案为金属内套式防振锤.利用ANSYS13.0 Workbench软件对其模型进行有限元接触分析,验证了防滑移方案的有效性.     

采煤机记忆截割技术研究

为实现自动化采煤,需要实现煤岩分界面的自动确定。本文介绍了采煤机记忆截割的工作原理,并根据采煤机截割系统的特点,选择了迭代学习控制来实现记忆截割。此外,还建立了截割系统的动力学方程,以采煤机摇臂摆角作为控制量,并通过MATLAB仿真进行验证。仿真结果表明,基于迭代学习控制的采煤机记忆截割能够实现对煤岩分界面的轨迹跟踪。     

基于三维重构的混凝土多相渗透模拟方法综述

首先指出了混凝土渗透性研究中均匀化研究方法的不足;并拟定了基于三维重构的混凝土多相渗透模拟技术路线。随后回顾了混凝土材料三维重构与多相渗透模拟的问题背景、研究方法与研究现状;最后介绍了混凝土界面过渡区(ITZ)的渗透特性、形成机理和分布特征。     

摇蚊幼虫扰动对沉积物-水微界面氧化还原特征的影响

生物扰动是影响沉积物-水微界面反应的重要因素,为了明确生物扰动作用对沉积物-水微界面氧化还原特征的影响机制,从环境微界面角度出发,以摇蚊幼虫为例,借助高分辨率的微电极系统解析沉积物-水微界面O_2、p H、氧化还原电位(Eh)的垂向分布特征。结果表明,摇蚊幼虫的生物扰动作用显著增加了沉积物-水微界面处的溶解氧浓度;降低了上覆水的p H值,提高了沉积物的p H值,且上覆水p H时空变化较大,沉积物p H值变化较小;廊道里O_2增加,使Eh值也相应地提高,而没有生物扰动到的地方Eh值偏低。摇蚊幼虫通过呼吸和摄食作用将富含氧气的上覆水引进廊道,充入的氧气改变了微界面的氧化还原条件。     

基于冷界面考虑的双层摊铺油石比设计

为了研究双层摊铺工艺下混合料自由沥青分布规律,提出其合理的油石比值,建立了基于冷界面考虑的温度散失有限元模型,通过对比分析上下冷界面热影响范围,自由沥青含量折减等因素,提出了不同摊铺厚度(8~12cm)下双层摊铺混合料油石比下调公式,并推广至实体工程进行验证。研究结果表明:与传统摊铺工艺相比,双层摊铺工艺减少了2个冷界面,结构层内含有更多的自由沥青,比传统方法进行油石比设计的施工减少了泛油、推移病害的发生机率;双层摊铺施工结构层厚度为8~10cm时,油石比应在传统设计的基础上下调0.10~0.15,结构层厚度为10~12cm时,油石比下调0.15~0.20。     

界面多应力作用下乙丙橡胶的特性变化及破坏机理

为了深入研究电缆附件绝缘材料在电、热和机械等多种应力耦合作用下的破坏机理,以110 kV预制式电缆中间接头用三元乙丙橡胶为研究对象,搭建了模拟电缆附件绝缘界面应力作用状况的多应力耦合试验装置。对交联聚乙烯-乙丙橡胶界面中的橡胶试样施加不同的机械拉伸和电应力,应力作用不同时间后,采用显微观察、机械性能测量、体积电阻率及交联度测试、衰减全反射傅里叶红外光谱和X射线光电子能谱等手段对试样进行了观察及测试。研究结果显示,乙丙橡胶表面分子中的部分原有基团在电应力作用下被破坏并氧化,生成—OH、C=O等氧化基团,机械拉伸应力对上述反应具有一定的协同促进作用,而机械性能、体积电阻率和交联度等反映材料体积特性的参数变化幅度不大。这表明,上述多应力耦合作用对乙丙橡胶的破坏主要停留在表面,并未深入体积内部,原因可能是乙丙橡胶材料中的大量添加物和填料暴露在表面后,阻挡了放电粒子和活性基团对试样内部的进一步破坏。     

新型铜颗粒填充的液态金属热界面材料导热性能实验研究

为强化界面传热,研制了一种以铜颗粒为填充材料、Ga62.5In21.5Sn16液态金属为基体的新型复合热界面材料,并对其导热性能进行了测试。首先将所制备的热界面材料放置在两片铜片之间,制备3层结构试样,然后利用激光导热仪测量所制备试样的导热性能,并计算相应试样的接触热阻。实验结果表明:铜颗粒填充型液态金属可以大大提高氧化后液态金属作为热界面材料的性能,利用铜粉质量分数分别为5%和10%的液态金属所制备的试样,导热系数和接触热阻分别为(200.33±15.66)、(233.08±18.07)W/(m·K)和(7.955±0.627)、(5.621±0.437)mm2·K/W,较利用氧化后液态金属所制备试样的导热系数分别约提高了68%和96%,接触热阻分别约降低了57%和70%,并可以有效降低液态金属的流动性,从而减少液态金属在使用过程中溢出现象的发生。     

基于滑移/非滑移异质界面的动压润滑性能优化

合理布置的滑移/非滑移异质界面可以提高流体动压润滑性能,但目前滑移区和非滑移区的组合方式大多采用单一的直线拼接法,没有针对流体润滑摩擦副的各类工况设计出相应的优化方案,为此本文建立了一组离散式二次方程来描述滑移区和非滑移区拼接轨迹,并引入计算域单元的宽长比作为优化变量,分别以液膜刚度和摩擦因数作为优化目标,通过MATLAB数值仿真求解不同宽长比条件下滑移区和非滑移区的最优拼接轨迹。结果表明,与直线拼接法相比,选取二次方程所描述的抛物线作为滑移区和非滑移区拼接轨迹的方法使流体润滑摩擦副在摩擦因数和液膜刚度等性能指标上都有所改善,而且根据不同的优化目标参数可以方便地绘制出最优拼接方案,验证了本文方法在改善动压润滑性能上的可行性和普适性。