通道型电磁常闭微阀结构参数优化

优化了通道型电磁常闭微阀的结构参数,以提高其工作性能。基于近似结构模型对结构参数进行理论分析;以泄漏率为指标,利用有限元方法仿真分析了微通道的宽度、高度,底膜厚度,顶膜厚度及电磁驱动机构压力等主要结构参数对泄漏率的影响。提取了经验公式,基于正交实验法研究了结构参数对泄漏率和开启率的影响。最后,结合理论分析、仿真和正交实验结果对微阀结构参数进行了优化。实验结果表明,通道高度和宽度对泄漏率影响最大,通道高度对开启率影响最大。获得最优开闭性能的结构参数组合为:通道宽度1 mm,高度0.1 mm,底膜厚度0.2 mm,顶膜厚度0.2mm,电磁机构压力3×104 Pa。基于该结构参数组合的微阀在10kPa内可以实现零泄漏及近似完全开启。该阀具有易与微流控芯片集成、低电压驱动、制作简单、无死体积等优点。     

微通道散热单元散热特性数值优化分析

文中为提升T/R组件散热能力,建立了组件内置微通道散热单元数值模型,对传热特性相关参数进行了数值仿真分析。 研究了微通道宽度、侧壁垂直度、流经长度等对芯片结温、压力损失的影响;对比了冷却介质初始流量、初始温度对散热特性的影响,并对实物样件的散热性能进行了测试对比。 结果表明,微通道宽度、侧壁垂直度、流经长度的参数优化组合可提升散热能力,降低流阻;微通道散热单元压力损失随着冷却介质体积流量的增大呈线性增大。本研究优选出最佳参数组合,为实物样件制造提供了设计依据,促进了微通道冷却技术工程化应用进程。     

微通道液冷冷板设计与优化

通过对系列尺寸微通道冷板进行分析比较,以及试验验证,得到了微通道冷板基础性的设计数据。通过对微通道冷板研究获得如下结论：1）通道宽度同换热性能密切相关,随着通道宽度尺寸的缩小,换热系数增大;2）微通道冷板的设计中,通道占空比对换热性能有较大影响。以换热系数进行比较,在占空比为20％时,换热性能最佳;3）若不计冷板体积的影响,微通道冷板中槽道的高宽比越大,换热性能越好。     

微凹槽参数对轴承润滑性能影响的显著程度分析

基于基本润滑理论建立了水润滑微凹槽轴承流-固耦合润滑模型,通过轴承板条试验验证了模型的正确性,应用正交仿真和极差分析法探讨了微凹槽的深度、宽度、长度、布置位置及截面形状5种因素对水润滑轴承润滑性能影响的显著程度。结果表明:偏心率和转速一定时,微凹槽的结构和位置参数对局部微凹槽和全部微凹槽轴承润滑性能的影响程度不同。     

3D打印微通道液冷板设计及实验研究

机载电子设备集成度与功率越来越高,电子元器件的冷却及可靠性面临严峻的挑战.本文介绍了3D打印微通道液冷板的换热机理、结构设计、仿真优化过程,并进行了微通道液冷板的换热性能实验测试.实验结果表明微通道液冷板具有较强的换热性能,能够满足热流密度50 W/cm2器件的散热需求,3D打印出的微通道结构完整,污染度满足设计及系统...     

面向即时检测芯片超声波精密键合的熔接结构及工艺参数

针对芯片即时检测(POCT)芯片对键合精度、键合强度、生产效率和生物兼容性的要求,基于超声波键合技术设计了结构化的导能筋布置形式和阻熔导能接头结构。研究了超声波键合时间和键合压力对微通道高度保持性能的影响,确定了精密超声波键合工艺参数。利用高精度显微镜、拉伸试验机和羊全血分别对键合后芯片的微通道高度、键合强度、微通道密闭性以及液体自驱动性能进行了测试。结果表明:所设计的导能筋布置形式合理可靠;利于芯片各功能的集成,阻熔导能接头结构能够较精确地控制键合后微通道的高度,键合精度达到2μm;全血驱动时间的极差在20s以内;所确定的键合工艺参数能够实现高强度的键合,键合强度不小于2.5 MPa。该熔接结构及工艺参数具有键合精度高、键合强度高、生物兼容性好和熔接均匀等优点,可应用于医用POCT芯片产品中。     

微通道冷板在有源相控阵天线上的应用

由于相控阵雷达热流密度的不断增长和较高的可靠性要求,其冷却技术也面临着极大的挑战,微通道散热技术成为应对这一挑战的新方法。文中分析了矩形微通道冷板的高宽比、通道宽度、流体入口速度和温度对其换热特性的影响,在此基础上得出矩形微通道冷板的一组最佳结构参数。相控阵雷达微通道冷板和普通S型冷板的散热效果比较表明,微通道冷板能更高效地对相控阵雷达进行散热,为相控阵雷达散热提供了一种新方法。     

面向柔顺机构输出微位移的田口方法优化设计

针对微位移放大特性难以实现的工程问题,将田口方法融合到柔顺机构微位移结构优化过程中,使微位移实现最大化的目标。筛选出柔顺机构输出位移的相关参数,对各参数进行分析得到输出微位移函数表达式,设计正交试验表,利用函数关系将各组合参数对应的输出微位移列于表中,通过信噪比分析和容差设计确定最优参数组合。结果表明,柔性铰链的宽度、柔性梁的长度、刚性梁的长度和机构的厚度对输出位移影响程度逐渐减小。优化结果表明输出微位移提高了390.56μm。     

一种新型微流控芯片金属热压模具的制作工艺研究

研究了利用UV-LIGA技术制造PMMA微流控芯片金属热压模具。采用预机械抛光的Ni板作为电铸基底,光刻SU-8 2050后形成电铸型模,然后电铸Ni微通道,去胶后电铸基底与微通道结合形成芯片热压模具。此方法有效地解决了传统UV-LIGA方法中的倒拔模斜度的问题。制作的微流控芯片模具微通道的宽度和高度尺寸偏差分别为1.7%和2.8%,满足微流控芯片的应用要求。     

惯性微流体开关阈值特性与响应历程的数值仿真

根据变矩形截面微通道惯性微流体开关的结构和工作机理,建立了水银液滴在临界状态下的开关静态阈值模型。采用VOF模型,考虑了表面张力作用和接触角效应,模拟了水银液滴在微通道中的动态时间历程,较准确地反映了液滴形状连续变化中的关键特征。通过对水银液滴速度随时间变化的跟踪,验证了开关具有阈值特性。仿真分析了微阀门宽度、微通道深度等结构参数对加速度阈值的影响,从而验证了阈值解析公式。当接触角为130°至170°时,数值仿真结果显示开关的响应时间随着接触角的增大而减小。讨论了不同网格尺寸对开关动态过程仿真计算结果的影响,结果曲线表明在仿真设置条件下计算结果对网格尺寸依赖较小。     

微通道对流换热系统的流动阻力分析

针对在恶劣温度条件下工作的芯片热控制系统问题,基于由微泵、微通道、热电模块、智能控制单元、散热片以及液体管道等构成的微通道对流换热设计思想,数值仿真分析了微通道结构的速度场和压力分布,计算了系统管道、微通道等部件的沿程阻力和局部阻力,给出了换热系统的最佳工况点,确定了系统必需的微泵工作性能参数。     

表面微凹槽对机械密封性能的影响

采用FLUENT软件分析微凹槽结构对机械密封性能的影响,探讨凹槽深度比（凹槽深度与油膜厚度比值）、凹槽宽度比（微凹槽宽度与内环圆弧的直线长度比值）和凹槽长度比（微凹槽长度与圆环宽度比值）对开启力、液膜刚度、泄漏率的影响。结果表明：凹槽深度比、凹槽宽度比均存在一个最佳值使开启力和液膜刚度达到最大值,开槽深度与油膜厚度有着密切的关系;在凹槽宽度比一定时,凹槽宽度越大,开启力和液膜刚度也越大,而泄漏率基本保持不变,这表明毫米级宽度凹槽比微米级凹槽具有更好的密封性能;凹槽长度比越大,开启力和液膜刚度也越大,但是泄漏率也会同时增大。     

微通道换热器试验测试系统研究

搭建了一套测试微通道性能参数的循环换热试验系统,介绍了组成该系统的微通道换热器、模拟芯片、微型泵、恒温装置以及控制测量等部件.以水为介质,对三种不同结构型式微通道换热器的传热及流动性能进行了试验研究,测量了进出微通道换热器的冷却液流量、温度和压差以及模拟芯片表面多个测点的温度等参数,获得了微通道换热器内的流动阻力和传热特性.     

叉流式露点蒸发冷却器冷却性能的数值模拟

模拟研究不同结构参数和运行参数对叉流式露点蒸发冷却器(DPEC)冷却性能的影响。优化后的结构参数为:通道宽度宜取4 mm,干、湿通道长度均宜取1.2 m,开孔率宜取0.2,换热面积比宜取0.2;与优化后的结构参数相匹配的运行参数为:空气流量比宜取1,相应的一、二次空气流量均宜低于916 m~3/h。模拟研究我国8种典型气候条件对叉流式DPEC冷却性能的影响,结果显示冷却器在我国中西部气候条件下能够提供较低温度的送风(18.9～23.9℃)。     

微通道中液氮的流动沸腾——换热特性分析

对微通道中液氮流动沸腾换热特性进行试验研究和分析。给出典型的沸腾曲线,分析壁温、干度和换热系数沿微通道管程的变化规律,考察热流密度、质量流量和压力对流动沸腾换热的影响。将126个试验数据点与四个换热关联式比较,并对微通道中流动沸腾换热机理进行分析。结果表明,在多数情况下干度和热流密度对沸腾换热系数的影响较小,换热系数主要决定于质量流量和压力,随两者增加而增加,换热以对流蒸发为主导机理。KLIMENKO关联式预测效果最好,TRAN微通道关联式次之,对常规管道得到广泛使用的CHEN关联式和SHAH关联式都远远高估了试验值。基于两相流压降和换热特性分析,推知微通道中的两相流流型不同于常规管道：在低干度情况下,流型以弥散泡状流为主;而在高干度情况下,流型以由雾状汽芯和不规则液膜组成的环状流为主。     

芯片内自由流电泳模拟研究

本文采用基于有限元法的多物理场耦合技术对两种通道结构的自由流电泳芯片的电泳行为进行模拟。模拟结果指出在芯片自由流电泳过程中流体行为是该芯片分离性能的重要影响因素。二维深度通道结构的自由流电泳芯片其流体行为相较于一维深度通道自由流电泳芯片更为复杂,并可解决了一维深度通道自由流电泳芯片的局限性。二维深度通道自由流电泳芯片内的两种流体行为为实际操作提供了理论指导。     

内置微通道T/R组件壳体设计及试验研究

为了降低界面热阻对微通道散热性能的制约,提出了一种组件壳体内置微通道散热单元的设计架构,以满足新一代高功率芯片T/R组件的热控需求.对内置微通道的传热特性进行数值仿真分析,优选出最佳结构参数组合.基于优选设计参数,整合UV-LIGA微细加工技术、精密扩散焊接技术及微组装技术,完成内置微通道散热单元T/R组件的模拟样件研...     

密集型窄缝矩形通道冷板的结构优化

通过分析比较冷板的换热系数和出口压损,得到影响密集型窄缝冷板换热性能和流阻性能的主要结构参数,包括窄缝矩形通道冷板的基板厚度、槽道宽度、槽道高度、肋片厚度。最后基于iSIGHT多学科设计平台最优化窄缝矩形通道的几何结构,实现在最小泵功耗的情况下,达到最好的换热性能,为工程应用提供了依据。     

电子器件冷却用散热器的结构形式与研究进展

散热器是电子器件散热或冷却的主要部件之一,散热器结构形式的设计与参数选取直接影响到散热效果。目前,电子器件常用的散热器有柱状翅片散热器、矩形通道散热器、锯齿形翅片散热器和液体冷却散热器等几种。散热器流动与换热的研究是进行结构参数优化及新型散热器研制的基础,而结构参数优化可减小散热器的体积,节省材料,提高散热效果。为解决一些发热量周期性变化或间隙性工作的电子器件散热问题,相变材料被应用到散热器中。此外,微通道可有效解决高热流密度电子器件或芯片的散热问题,但微通道流动压降较大,因此如何减小流动压降成为微通道散热器设计的一个关键。     

微通道光管换热器的运行特性及影响因素

为了研究微通道光管换热器的运行特性,在R22制冷系统中将其作为冷凝器、在R134a制冷系统中将其同时作为冷凝器和蒸发器分别进行试验研究,并进行单根微通道光管外空气绕流数值模拟。试验研究表明,微通道光管换热器具有较高的换热系数和单位面积换热量,且毛细管长度、制冷剂充注量对于其运行性能具有不同程度的影响。外径为0.7 mm的单根微通道光管外部流场数值模拟结果与试验结果吻合良好,而且与大管径光管相比,小管径光管边界层较薄,对流换热过程更强烈,换热效果更明显。