多级针-网式离子风散热系统性能

为探究多级针-网式离子风散热系统的性能和针对多级离子风散热装置进行优化设计，提出一种多级针-网式离子风散热系统装置，研究多级级数、级间隙、放电电压对离子风最大风速和发热片的散热温降的影响。结果表明，在相同电压时，多级比单级散热性能更好，能把11 W的发热片降低到更低的温度，并获得更大的离子风最大风速。多级装置离子风最大风速可达2.6 m/s，能把11 W的发热片温度降到90℃左右，温降可达105℃左右，而单级只能降到110℃，温降约85℃。     

三效管式海水淡化装置产水性能实验研究

研制了一种三效管式海水淡化装置,对其进行了定功率和太阳能加热运行实验研究,分析了该淡化装置的产水性能及影响因素。定功率实验研究表明,当淡化装置加热功率为300 W时,其性能系数最高达约1.32,提升淡化装置蒸发传热,同时降低热量耗散(辐射耗散和对流耗散),加大装置冷凝温差可以提升淡化装置性能。太阳能加热实验结果表明,淡化装置的产水性能受太阳辐射值、太阳能集热系统效率、热源稳定性、环境温度与风速等多种因素影响,特别是热源稳定性对装置性能有较大影响。     

新型热电制冷装置的实验开发

旨在开发一种热电制冷装置(TEC), 实现微电子设备芯片低于环境温度的冷却, 解决芯片超频运行后的散热问题。为了研究该装置的制冷效果, 将其串联在传统液冷散热系统中。通过搭建实验测试平台, 对该装置在不同环境温度、芯片不同热流密度、不同工况和不同制冷效率下的制冷性能进行了实验研究。研究表明, 维持热源表面温度与环境温度相等、TEC工作电压48V、风速3~5m/s的条件下, 散热能力可达7W/cm²。散热器工作在高环境温度(35℃)下, TEC能有效降低散热阻力, 提升最大散热量。当热流密度为23.78W/cm²、风速为5m/s时, TEC工作在16~48V电压值下, 热源表面温度最大降低5.4℃。实验研究同时显示, 传统液体散热系统对提升TEC能效比(COP)有较积极的作用。维持热源表面温度比环境温度高10℃、TEC输入电压4~48V、风速3~5m/s情况下, 最大能效比达3.5, 最大热流密度达到15W/cm²。     

不同充液率平板热管性能实验

搭建了平板热管测试实验台，对不同充液率下热管性能进行了实验研究，并以最佳充液率的热管为研究对象，分析了加热功率、冷却水温及冷却水流速对热管性能的影响。实验结果表明：充液率为20%和30%时热管在各加热功率下展现了良好的性能，最小热阻为0.18℃/W和0.19℃/W，热导率为8158W/(m·℃)和8540W/(m·℃)。由于沸腾换热滞后性，相较于功率增加，功率减少时热管性能更优，同等加热功率条件下蒸发段温度更低。功率增加和功率减少对热管蒸发段热阻影响较大，而冷凝段热阻几乎不受影响。当冷却水温为17℃和22℃时，热管蒸发段温度比冷却水温为7℃和12℃时蒸发段温度低2℃左右。相较于冷却水温22℃时，冷却水温为17℃时热管蒸发段温度能更快达到稳定值。冷却水流速影响蒸发段温度及达到稳定运行的时间，实验表明热管工作的最佳冷却水流速为5.81g/s。     

Study the heat dissipation performance of lithium-ion battery liquid cooling system based on flat heat pipe

This paper improves the thermal management system of lithium-ion battery through the high thermal conductivity flat heat pipe, and attempts to improve its performance. The adoption of flat heat pipes reduces the problem of poor heat dissipation in the direction of the coolant flow when the liquid cooling plate is used alone, and increases the heat conduction in the longitudinal direction of the battery. A three-dimensional simulation model is established to study the influence of the number and width of flat heat pipes on the maximum temperature rise and temperature difference of lithium-ion batteries at a certain discharge rate. It is found that after adding flat heat pipes, the maximum temperature rise and temperature difference of the battery decreased. The heat dissipation performance reaches the best when the flat heat pipe number is 11 and the maximum temperature difference can be controlled below 5°C at 3 C discharge rate with 11 flat heat pipes.     

高热流密度器件水冷散热器结构性能的实验研究

与平行流水冷散热相比,现阶段对喷射流水冷散热的研究报道较少。为了研究喷射流结构的散热效果,本文设计了两种喷射流结构的水冷散热器,搭建了以去离子水为冷却介质的液冷散热器实验台,调节实验的热流密度及冷却水流量在不同条件下观察芯片温度及散热器底板温度的变化,得到了不同热流密度下芯片温度、散热器底板温度及热阻随冷却水流量的变化规律。散热器内部针翅结构和冷却水流动方式的改变可使芯片温度降低5~8℃,散热器底板平均温度也相应降低4℃左右,且底板温度梯度较小。同时,热阻的变化随流量增大逐渐变缓,散热器结构改进使热阻减小了7%~8%。实验结果表明,改进结构的散热器能有效加强边角区域流体的扰动,提升散热器整体的换热效率,表明喷射流水冷散热是一种高效的散热方式。     

热电制冷液体冷却散热器的实验研究

旨在开发一种新型热电制冷液体冷却装置,解决微电子设备芯片超频运行后的冷却问题。通过搭建实验测试平台,对该新型冷却装置在不同热通量、不同工况以及热电制冷器（TEC）在不同工作电压下的传热性能进行了实验研究。研究表明,限定热源表面温度（65℃）时,该散热器在实验风速7～13 m·s^-1的条件下,最大散热能力可达45.2 W·cm^-2,装置最低总热阻为0.107℃·W^-1;当热通量为28.5 W·cm^-2、风速为9 m·s^-1和13 m·s^-1时,TEC工作在最佳电压值下,使热源表面温度分别降低4.0℃和4.6℃。实验结果同时表明,新型热电制冷液体冷却装置的制冷性能与TEC工作电压相关,当热通量为28.5 W·cm^-2、风速为9 m·s^-1和13 m·s^-1时,最佳工作电压分别为28 V和32 V。     

低温余热驱动的无泵有机朗肯循环瞬时稳态发电性能

建立了一套低温热源驱动的小型无泵有机朗肯循环系统,研究无泵有机朗肯循环回收利用余热发电的性能。该系统中热水温度为75～95℃,冷却水温度为25℃,选择制冷剂R245fa作为系统工质,选择涡旋膨胀机将热能转换为机械能,并通过发电机进行发电。实验结果表明当热水进口温度为95℃时,最大瞬时发电功率为232 W,并可以在250 s的时间内保持稳定在230 W左右,总的发电持续时间为380 s。随着热源水温度下降,功率输出减小,但发电持续时间增加。系统稳定发电平均效率最大为3.92%,此时热源水温度为95℃,最低为3.02%,此时热源水温度为85℃。     

新能源汽车锂离子电池模组的一致性影响分析

锂离子电池作为纯电动和混合动力汽车的动力存储和供给系统,其安全性、可靠性和稳定性严重地制约了电动汽车的发展。此外,锂离子电池的性能对温度非常敏感,温度过高和不一致都会导致电池性能的急剧下降。本文通过制备石蜡/膨胀石墨/低密度聚乙烯相变复合材料用作电池模组的散热组件,实验测试电池模组在有无相变材料条件下的散热能力。通过数据采集器在线实时采集电池的温度、电压和内阻等状态参数,定性地对比分析各参数的一致性变化趋势。研究结果表明,PA/EG/LDPE复合相变材料具有优越的控温能力以及均温能力,最大温度和最大温度差分别控制在55℃和5℃以内。     

多触点集成平板热管散热器的性能

提出了一种新型平板热管散热器,通过建立实验平台,研究了它在不同热源数量、不同的热源位置以及不同风速下的传热性能。实验表明,这种平板热管散热器散热量大,总热阻小,而且在热源数量增加时,最大传热量和最大散热能力增大,总热阻减小。在规定热源温度65 ℃以下时,其热传输量将近400 W,非常适合于高热流密度、多散热点的电子器件散热。     

折弯异型对铜-水热管传热性能影响的实验研究

为了研究异型对于热管性能的影响,对三支铜-水热管进行了实验研究。加热温度范围为50~90℃,冷却水流量范围为40~104 L/h,对比不同工况下的启动性能、等温性能,结果表明,异型管在加热温度较低时可能出现“温度滞后”现象,从而使启动时间显著增加;异型使得热管等温性能变差但仍在可接受的范围内。对不同应用条件下的最大传热功率、蒸发段传热热阻、整体热阻进行了研究,实验表明：加热温度较低时,异型对于最大传热功率及传热热阻的影响较大,当加热温度大于80℃时,异型管与直管之间最大传热功率的差值缩小到30%以内,且此时的传热热阻达到10^-2量级水平。     

储热型太阳能供暖系统热输送全过程特性研究

研究了基于低温辐射散热的储热型太阳能供暖系统。分析了平板热管型太阳能集热器的集热特性和相变储热材料的吸/放热特性,揭示了相变储热单元温度场不均匀度的变化规律,测定了相变储热单元的热传输速率及系统的太阳能综合利用能力,优化了毛细管网运行条件,讨论了系统经济性。结果表明：平板热管型太阳能集热器热损系数为5.5447 W/（m²·K）,截距效率为86%;相变储热材料熔点及相变焓分别为55.69℃、163.09 J/g;相变储热单元温度场不均匀度在储热/放热阶段的变化趋势基本一致,平均储热速率和放热速率分别为1.829、1.803 MJ/h;系统的太阳能综合利用能力为0.2132;毛细管网的最佳进口温度和散热温差分别为36、8℃;系统初投资和运维成本分别为225.8、4.28元/m²,静态投资回收期为8.7年。     

两种电子器件用重力型热管散热器的换热特性

鉴于重力型热管特有的优良特性,设计开发了两种结构形式不同的重力型热管散热器,以用于电子器件冷却.其冷凝段分别采用单根粗的或7根较细的热虹吸管,蒸发段都采用同样的平板容积型蒸发器.为了对散热器的传热性能进行研究,建立了风洞测试系统.实验用电加热模拟发热电子器件,在风洞中对不同加热功率和风速下散热器的性能进行了测试.从总热阻和当量对流换热系数两方面比较了两种散热器的散热能力.研究表明：两种散热器都具有良好的传热性能,在散热功率小于78.47 W时能够满足电子器件的冷却要求;采用7根较细热虹吸管的散热器比采用单根粗热虹吸管的散热器性能好,原因是7根较细的热虹吸管可以将热量分散开来,提高了翅片热效率.     

基于正交层次法的锂离子电池热管散热模组数值模拟分析

设计了锂离子电池热管-铝板嵌合式散热模组,增大热管与电池接触面积,强化换热。利用数值模拟和正交试验层次分析研究了影响模组散热性能各因素的具体影响权重,进行参数优选。结果表明：各试验方案下电池模组的温差均控制在3℃以内,均温性能优异;各因素对最高温度的影响程度依次为：热管冷凝段对流传热系数>热管冷凝段长度>铝板厚度>热管间距;结合层次分析确定最佳参数组合为热管冷凝段对流传热系数25 W·m^-2·K^-1、热管长度117 mm、铝板厚度2 mm、热管间距20 mm,该方案下电池以2C倍率放电至20%模组的最高温度为41.60℃,温差为1.35℃,满足散热要求。     

高热通量芯片干冰冷却降温性能的理论分析

针对高热通量芯片的冷却散热问题,利用具有巨大升华潜热以及极低初始温度的干冰作为散热流体,通过建立干冰冷却的散热器模型,对散热器散热空间内干冰冷却降温过程的热流场进行模拟仿真,对干冰冷却的芯片降温特性进行分析,得出：干冰入口半径为6 mm,散热器针柱直径为2 mm、11×11均匀分布的散热效果最好。随着干冰流速逐渐增大,芯片温度达到稳定时间越快,流速为0.20 m/s时稳定温度为15.49℃,远低于芯片结温,0.06 m/s的流速即可达到芯片安全温度。干冰流速为0.20 m/s,在10 s时散热空间内已充满干冰,降温效果更好。功率为125 W时,干冰冷却也可将芯片中心测点（A点）温度稳定控制在49.47℃之下。此外,对比分析了P₀=65 W下的水冷式冷却降温与P₀=95 W下的干冰冷却降温性能,得出水冷式冷却稳定后的温度停留在74.2℃,干冰冷却稳定后的温度为15.49℃,干冰冷却降温的芯片整体温度分布更均匀,冷却效果更好。研究结果为进一步深入研究高热通量芯片干冰冷却降温系统打下基础。     

动力电池双向热管理系统性能分析与优化

基于工质相变热虹吸效应,提出了动力电池双向热管理系统,通过改变工质充注量,60~220 g时,试验测试了该系统的双向热管理性能,并据此进行系统优化。结果表明：该热管理系统的正常运行有一个最低充注量。系统优化前,加热工况,系统换热功率受充注量的影响小;散热工况,系统的换热功率随充注量的增加而增大,随电池箱初始温度升高而增大,且强制散热效果要优于自然散热;相同充注量,换热板表面的最大温差随电池箱初始温度升高而增大,在3C放电倍率,无法控制电池表面温度低于45℃。系统优化后,圆管换热板系统的换热效果要优于矩形管换热板系统,且在3C放电倍率能将电池表面温度降低至43.4℃,换热板的温度一致性更好。     

用于高热通量电子散热的平板环路重力热管

为解决高热通量电子设备散热问题,设计一套蒸发器上下表面由多个方柱相连的平板型环路重力热管（LGHP）。通过实验研究其换热性能,包括在不同加热功率下平板热管的传热特性及均温特性,以及蒸发器摆放方式和不同种工质对平板热管传热性能的影响。实验结果表明,环路热管工质采用R134a的工作性能比R600a好,平板竖直放置比水平放置好。采用R134a且竖直放置时,其临界热通量（CHF）可达212.3 kW/m²,对应传热系数为16.2 kW/（m²·K）。该平板换热器可以保证电子设备工作温度不超过60℃,且运行过程中平板蒸发器与热源接触的壁面各测点间除出口处外温度差值小于5℃,均温性能优异。     

航天器舱内环境下非金属增材制造热效应分析

针对未来空间站后续运营与维护发展中对无人自主非金属增材制造技术的应用需求,对空间舱内环境下增材制造过程中的热环境进行了分析,对增材制造装置建模,多热源空间分布与产热特性分析,局部保温及整体强化对流设计热扩散效应与温度场仿真,并对增材制造装置的热控措施开展了试验验证。分析表明：密闭装置功耗72～96 W,在初始温度为20℃条件下装置壁面温度维持在29℃左右,与环境之间的散热效率可达21.6 W·m^-2,满足空间增材制造的温度要求,满足装置的温度稳定性与可靠性,为我国空间在轨试验验证给予了一定的理论指导,也为未来舱外环境下的热控设计提供新的思路与方案。     

烧结多孔槽道吸液芯超薄平板热管的传热性能

设计并制作了总厚度为0.85 mm的超薄平板热管，热管的毛细芯采用烧结多孔槽道结构，实现了槽道和多孔结构的结合，根据该结构制作了一个铝制模具。该热管设计结合了超薄化和易制作的特点，对热管性能测试搭建了实验平台，分析了加热功率、铜粉粒径、槽道数目对热管热性能的影响，热阻和最大传热能力用来表征热管的性能。结果表明在加热功率为14 W时，放置铜板和热管的加热铜块温度分别是102℃和66℃，热管有效降低了热源温度；当铜粉粒径较大时热管的热阻和传热极限也较大，粒径减少时出现相反现象。相比单槽道结构，双槽道结构出现了更低热阻，两者最小差异为21%。     

新型太阳能/空气能直膨式热泵与空气源热泵供热性能对比

针对传统空气源热泵制热时极易出现室外机结霜的现象,提出了可同时吸收太阳能和空气能的新型太阳能/空气能直膨式热泵机组,把太阳能集热器和热泵蒸发器合二为一,使室外机结霜得到有效缓解。为了验证新型太阳能/空气能直膨式热泵机组性能优劣,分别搭建新型太阳能/空气能直膨式热泵系统和空气源热泵系统,在2月26日—3月2日期间,对邯郸某一农村建筑的地板辐射采暖用户进行5天实际测试,对比分析了两种系统的制热性能、耗电量和COP变化情况。通过测试发现室外平均温度为10℃,太阳辐射达到峰值571.5 W·m^-2时太阳能/空气能直膨式热泵的制热量较空气源热泵提高大约70%,全天总制热量较空气源热泵提高大约12%。0～8℃的低温状态时,COP值仍可达到3.46,基本满足建筑采暖需求。并在此基础上对太阳能-空气能直膨式热泵提出进一步的优化措施,逐步推广其在寒冷地区的实际应用。