嵌入式微通道传热特性及局部热点尺度效应

通过实验测试结合理论分析,研究嵌入式微通道冷却系统的传热特性及局部热点的尺度效应. 测试芯片加工采用MEMS工艺,微通道层与顶层之间的连接采用硅硅直接键合,芯片与电路板（PCB）之间的连接采用倒装焊接. 研究结果表明,采用嵌入式微通道设计极大地缩短了微芯片到微通道的导热距离,可以显著地减小微芯片到环境的热阻. 根据测试结果可知,在100 W/cm²均匀热流密度的条件下,使用6.84 mW/cm²的泵功,可以将模拟IC热源的温升控制到小于40 K,能效比超过14 000. 在非均匀热流密度的条件下,局部热点的存在会增大导热热阻在总热阻中的占比,局部热点尺度越小,热点附近的侧向热传导越严重,导热热阻越大,这减小了对流换热热阻在热点区域总热阻中的占比,使得增大对流换热系数带来的总热阻降低效果减弱.     

变截面微通道散热器流动和传热特性

为了解决电子芯片散热问题,通过数值模拟的方法,研究了去离子水流经微通道散热器时的流动和传热特性.微通道散热器由无氧铜层叠焊接而成,散热器内微通道当量直径为0.23 mm,去离子水流经散热器时平均雷诺数为252~1 060,加热面热流密度为2×106W/m2.结果表明:不同雷诺数时,三角凹穴周期性变截面微通道散热器的传热性能明显优于矩形等截面直通道散热器;前者加热面平均温度和最高温度均比后者低2~3℃,且两者压降相差不大;随着去离子水流量的增加,散热器加热面平均温度降低,但当流量增加到一定程度后,加热面温度变化不明显,说明不能单靠增大泵功来强化传热.     

正弦波脉动流对微通道内流体流动与传热特性的影响

采用数值计算方法研究了两种结构微通道内由于入口速度的正弦变化而发展的非稳态层流流动与换热特性.分别研究了脉动频率、振幅以及雷诺数对流体在微通道内流动与传热的影响.研究结果表明,在雷诺数为100～400时,脉动流动对矩形通道底面温度与换热性能影响较小,但对三角凹穴结构通道有着显著影响.随着脉动频率的增加,通道底面温度先增加后减小.证明存在一极限频率使得小于该频率时通道底面温度升高,大于该频率时则降低.随着振幅的增加,通道底面温度在减小,换热不断增强.但是,随着雷诺数的增加,脉动流动的作用逐渐减小.脉动频率与振幅的增加都会使得通道的压降增加.     

梯形硅基微通道热沉流体流动与传热特性研究

以去离子水为流动工质,对梯形截面的硅基微通道热沉进行了流体流动与传热的实验研究.通过测量流体的流量、进出口压降与温度、热沉底面加热膜温度,获得了梯形硅基微通道热沉在不同体积流量、不同加热功率条件下流体流动与传热特性参数.实验得出,梯形微通道的流体传热特性值与经验公式预测值相比存在明显的差异,梯形微通道角区对流体流动与传热有重要影响.最后,在实验基础上根据经验公式修正得出层流条件下的梯形硅基微通道的对流换热关联式.     

多热源相控阵天线微通道冷板拓扑结构设计

该文为解决相控阵天线阵面的温度不均,设计了S型微通道、类树形分叉横向微通道和T型纵向微通道3种拓扑结构。以多热源温度均匀性为设计指标,利用数值仿真分析了3种微通道拓扑结构的性能,结果表明T型纵向微通道冷板的热源温度均匀性最优。通过实验验证了T型纵向微通道结构的优越性,并且得出了多热源温度均匀性随着热源总功率的提高而降低,随入口流量的增加而提高的规律,为多热源相控阵天线的热设计提供了依据。     

单框双层玻璃窗的热性能分析

对单框双层玻璃窗的传热特性进行分析和测试,其结果表明:此种窗可有效地降低传热系数,在冬季可使内层玻璃内表面的温度提高2～3℃,并节省大量的木材。     

污垢对污水源热泵系统性能影响

为保证寒冷环境下污水生物处理顺利进行,根据哈尔滨某制药厂的实际情况,提出以处理后污水为热源的污水源热泵系统,用以加热原生污水.而污垢问题是污水源热泵设计和推广使用的难点和重点.讨论污垢与换热的理论关系,并详细模拟污垢热阻变化对该污水源热泵系统性能的影响.模拟和分析结果表明,换热器的淋激式结构适合污水环境,污垢对换热的影响不仅与污垢热阻有关,还与传热系数的大小有关.污垢热阻增加,系统能效比减小,制冷剂质量流量减少,冷凝器侧污水出口温度降低,当该温度低于30℃时应考虑除垢.污垢热阻从0增加到5.28×10-4m2.K/W,压缩机输入功率增大18.02%.污垢热阻越小,制冷剂就可以以越低的平均温度提升污水温度.     

多孔微通道扁管发展段流动换热特性实验研究

为了提高电子器件的散热能力,减少高温引起的器件性能降低和寿命缩短的问题,对多孔微通道平行流扁管单相对流换热在发展段高热流下的流动特性和换热能力进行对比研究,并从单双面加热、不同消除接触热阻的方法和不同热流密度3个方面对微通道发展段的换热能力的影响进行评价.该通道水力直径Dh=1.09 mm,高宽比α=0.85,雷诺数Re=206~4 553.实验结果显示:发展段的摩擦阻力特性层流区与经典理论较为吻合;实验管段单面加热比双面加热在换热能力上有明显增强,但随着Re的增加差距降低;消除接触热阻的方法对换热的影响差别明显不能忽略,采用钎焊的方法与填充导热硅脂的方法相比,可使加热件表面温度降低10℃;在Re1 000时,流体黏性变化对换热的影响较为明显,在高Re区域,不同热流密度下Nu值基本一致.     

大功率LED阵列的热沉结构设计和参数优化

大功率LED是一种新型的照明光源,散热问题是研制大功率LED的关键技术之一.采用微通道制冷技术,设计了大功率LED阵列的外部热沉.提出采用交错结构的微通道,可以增加热交换系数,减小通道中流体压力的下降,从而提高散热性,同时可以减少直通道结构在制作和安装过程中造成微通道断裂的可能性.针对交错结构的微通道,理论分析了影响其热阻的因素,推导了热阻表达式,并对微通道散热器的结构参数进行了优化,当通道宽度取到某一数值时,散热器的热阻可达到最小.     

凹槽型微通道内液体流动换热特性的实验研究

微通道热沉是解决微机电系统电子元器件冷却问题的有效途径.为提高微通道热沉的传热性能,设计2组不同水力直径的微通道热沉,分别在其流道壁面加工三角形凹槽和扇形凹槽.搭建微通道内液体单相流动与换热实验平台,以去离子水为流体介质,实验测试不同流量下微通道热沉的进出口液体压力、温度和加热面温度.以微通道流动压降、摩擦常数、加热面温度、努塞尔数和场协同数为评价标准,系统研究凹槽型微通道的流动和换热性能,结果表明:当水力直径相同时,扇形凹槽微通道内液体流动压降小于三角形凹槽微通道内的;当水力直径较小时,三角形凹槽微通道的换热性能优于扇形凹槽微通道的,水力直径较大时,扇形凹槽微通道则具有更好的散热能力;当单个通道内流体速度小于1.12 m/s时,扇形凹槽微通道的综合性能优于三角形凹槽微通道.     

pc-LED双热源热模型实验研究

荧光粉转换型白光LED（pc-LED）的热模型是LED散热设计的基础。常用的单热源单通道热模型不能表达pc-LED的实际散热过程,已有的双热源双通道热模型的参数测量需要T3ster和红外热像仪,并忽视了环氧胶在蓝光LED照射下的发热现象。为此,文章提出一种采用PT100芯片直接测pc-LED芯片结温和微型热电偶直接测荧光粉温度的方法,并依据实验结果改进了双热源双通道热模型,计算出各热阻值和热流值,揭示了pc-LED的散热规律。实验还发现纯环氧胶在蓝光LED辐照下有发热的现象。     

应用于LED散热一体化平板热管的传热性能

为解决LED散热问题,制作了一种一体化平板热管,搭建了平板热管实验台以研究此平板热管的传热性能,设计了模拟热源的保温方案.为了模拟LED芯片的发热,制作了模拟芯片热源,并对实验结果的不确定度进行分析.通过实验研究了加热功率、充液率和工质对平板热管传热性能的影响.实验结果表明:此平板热管具有良好的均温特性.在所测试的功率范围内,蒸发腔热阻随着功率的上升而降低.充液率方面,此平板热管的最佳充液率为40%.在测试的3种工质中,去离子水的传热效果最好.     

波纹管传热性能与污垢特性实验

采用污垢热阻动态试验法对波纹管和光管的流动阻力、污垢性能和传热性能进行实验研究,用氯化钙和碳酸钠配制硬度为800mg/L的硬水,在流速为0.25m/s,水浴温度为60℃的条件下,对两者析晶污垢进行了对比实验.两套实验系统都在一个恒温水浴内,设备系统的主体用两根管模拟换热器,一根为光管,另一根为波纹管.实验中,水泵将工作介质由低位水箱送至高位水箱,高位水箱向实验管分别同时提供水源,通过溢流式水位调节器保持恒定的水位.结果表明,波纹管具有良好的抗垢性能,表现出诱导期长、结构速率慢、污垢热阻小等优点;其平均传热系数都大于光管,表现出了良好的强化传热特性.     

地源热泵制热性能实验研究

采用实验的方法研究上海市松江区地源热泵机组制热性能．研究地源热泵机组的出水温度、负荷侧、地埋管侧水流量参数变化和制热性能变化规律．实验结果表明：在地源热泵机组制热工况启动过程中,平均制热量为17．1kw,制热性能系数（COP）平均值为4．27;3口90m地埋管井吸热量平均值为13．8kw,不同深度土壤温度降低了2．5～5℃．     

超高分子量聚乙烯耐热性能的改善

为了提高超高分子量聚乙烯的耐热性能,采用高岭土、碳酸钙两种材料作为填料进行耐热改性研究.通过实验,对复合材料的各种性能进行测试和分析,比较不同质量分数的填料对超高分子量聚乙烯各性能的影响.结论表明:高岭土和碳酸钙的填充明显改善了超高分子量聚乙烯的耐热性能,当填料质量分数为30%时,填充高岭土得到的复合材料的维卡软化温度为113℃,填充碳酸钙得到的复合材料的维卡软化温度为111℃,均提高30℃左右.其力学性能有不同程度的降低,当填料质量分数为10%时,复合材料的力学性能最好,之后随着添加比例的增大,其力学性能减小的速度也增加.综合考虑,填料质量分数在10%到20%之间时,能同时满足力学性能和耐热性能的需要.     

单螺杆膨胀机双循环系统的应用——基于柴油机尾气余热利用的方案计算

为了提高柴油机燃料燃烧能量利用率,以某增压柴油机为例,设计了单螺杆膨胀机双循环系统来回收柴油机尾气余热能量。此系统由朗肯循环（水为工质）与有机朗肯循环（R245fa为工质）组成,由单螺杆膨胀机输出动力。建立双循环系统热力学模型,对其性能进行热力学分析计算,并确定合理的工作范围。可得出如下结论：随着柴油机尾气（水蒸发器出...     

新型平板热管换热器热回收特性实验研究

针对普通住宅日常通风换气的特点设计出一台小型平板热管通风换热器,在不同风量(60、90、120、150m3/h)和室内外温差(室外新风温度为27～40℃,室内排风温度控制在24℃)的条件下,针对夏季工况,进行了热管换热器的真空度对其热回收效率影响的实验研究.实验结果表明,该热管换热器热回收效率较高,最高热回收效率接近60%;在风量较高的情况下,真空度对其热回收效率影响很小.     

新型管状相变材料热管理系统的数值仿真与实验研究

设计了一种新型的管状复合相变材料(tubular Composite PCM,t-CPCM)结构,用以替代传统的块状复合相变材料(block-shaped Composite PCM,b-CPCM)结构,将其耦合强制对流换热后应用于电池热管理。仿真结果表明,相比于b-CPCM电池仿真模型,t-CPCM电池仿真模型不仅流道分布更加均匀,而且对流换热面积更大,理论计算得出的对流换热热阻仅为0.8 K·W⁻¹,是b-CPCM电池仿真模型的1/20。实验结果表明,t-CPCM电池模组优异的散热性能可以有效地控制电池温度,t-CPCM电池模组的最高温度仅为46.9 ℃,温差为0.8 ℃;而b-CPCM电池模组的最高温度高达51 ℃,温差均为5 ℃。所设计的管状复合相变材料在电池热管理方面具有良好的应用价值。     

硫化温度对纸基摩擦材料性能的影响

采用造纸工艺制备了一种湿式纸基摩擦材料,研究了硫化温度对材料耐热性、动摩擦因数、摩擦力矩、磨损率、磨损表面微观形貌的影响.研究结果表明:硫化温度高于或低于160℃时,材料的耐热性能减弱,树脂和竹纤维的热分解较为严重,热磨损主要影响着材料摩擦磨损性能的稳定;160℃时,材料的磨损较小,磨损表面平整致密,在循环制动中动摩擦系数波动性较小,摩擦力矩的变化较平稳,降低了制动的噪音.