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。     

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。     

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。     

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。     

石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的换热与放热效率

相变储热是提高能源利用率的重要手段之一,相变储热材料的换热系数与放热效率研究对太阳能高效利用具有重要意义。通过变换铝管管径、循环风速以及空气温度,计算出复合相变储热材料的换热系数及放热效率。结果表明:铝管管径不变,循环风速小于3m/s时,空气温度对换热系数影响很小,差值在1W/(m2·℃)左右;换热系数、放热效率都随风速的增大而有所提高,放热效率最大可达95.3%;随着管径增大,换热系数逐渐减少,放热效率却逐渐增大;适合石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的最佳条件为管径30mm、循环风速3m/s以及空气温度90℃。     

基于PY-GC/MS技术板栗壳快速热裂解特性的研究

为探究板栗壳快速热裂解特性，利用热裂解-气相色谱/质谱联用仪（Py-GC/MS）分别对板栗壳进行单级和双级快速热裂解，并对裂解产物进行定性定量分析。结果表明单级快速热裂解时，温度越高，产物种类数越多、产量越高，而双级快速热裂解时第一级热裂解温度对总产量影响不大，但第一级温度越高种类数越多。热裂解产物主要是含氮类、糖类和酸类化合物，其中D-阿洛糖和醋酸含量最高。在单级快速热裂解温度为500 ℃时D-阿洛糖在总产物中的量最高达到17%，双级快速热裂解第一级热裂解温度为450 ℃、第二级热裂解温度为600 ℃时醋酸在总产物中的量最高可达15.9%。     

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。     

双面蒸发器环路热管的瞬态特性

环路热管是一种高效的两相热控装置,主要应用于航天航空热控和地面高热流电子器件的散热。现有的平板式环路热管只有一个面可以进行散热,一方面,不利的背向导热使得环路热管在低热负荷的条件下启动困难,另外,蒸发器的另一个面也存在散热的潜能。针对上述不足,提出了平板型甲醇-铜双面蒸发器环路热管。在重力辅助倾角为10°,热沉温度为0℃的条件下,对单面加热和双面加热的启动性能和变工况运行进行了实验研究。实验结果表明:该新型环路热管在单面加热和双面加热条件下,均可以成功启动和正常运行,且双面工况时的启动性能比单面更稳定、迅速;在加热面的温度不超过(90±2)℃的情况下,单面可以传递的最大热负荷为210 W,对应热流为21.8 W·cm~(-2),而双面传递的最大热负荷为240 W;双面交替运行时,LHP能够快速从一个面转向另一个面运行,没有出现运行失败。     

微乳液脉动热管应用于锂离子电池的散热性能

利用11弯管的脉动热管作为汽车锂离子电池的散热系统进行传热实验。在脉动热管中引入不同比例的混合工质[H₂O、全氟丁基甲基醚(HFE-7100)]，在模拟单体锂离子电池不同发热功率下展开传热实验，实验结果表明，微乳液工质可以有效避免高发热功率下脉动热管出现局部烧干的现象，防止电池表面温度过高发生热失控。使用水包油(O/W)型微乳液工质(0.048%SDBS∶HFE-7100=1∶1)时传热性能最理想，并且可以保证锂离子单体电池正常工作(20～30W)时，温度不超过40℃，表面温差低于1.8℃，在单体电池高发热功率(40～50W)时，电池局部温度不超过56℃，电池表面的平均温度不超过55℃。     

双面蒸发器环路热管的瞬态特性

环路热管是一种高效的两相热控装置,主要应用于航天航空热控和地面高热流电子器件的散热。现有的平板式环路热管只有一个面可以进行散热,一方面,不利的背向导热使得环路热管在低热负荷的条件下启动困难,另外,蒸发器的另一个面也存在散热的潜能。针对上述不足,提出了平板型甲醇-铜双面蒸发器环路热管。在重力辅助倾角为10°,热沉温度为0℃的条件下,对单面加热和双面加热的启动性能和变工况运行进行了实验研究。实验结果表明:该新型环路热管在单面加热和双面加热条件下,均可以成功启动和正常运行,且双面工况时的启动性能比单面更稳定、迅速;在加热面的温度不超过(90±2)℃的情况下,单面可以传递的最大热负荷为210 W,对应热流为21.8 W·cm^-2,而双面传递的最大热负荷为240 W;双面交替运行时,LHP能够快速从一个面转向另一个面运行,没有出现运行失败。     

Performance of multistage pin-mesh ionic wind cooling system

In order to explore the performance of the multistage pin-mesh ionic wind cooling system and optimize the design for the multistage ionic wind heat dissipation device, a multistage pin-mesh ionic wind cooling system device was proposed to study the effect of multistage number, stage clearance, and discharge voltage on the maximum wind velocity of the ionic wind and the heat dissipation temperature drop of the heating plate. The results show that at the same voltage, the multistage heat dissipation performance is better than the single-stage, which can reduce the 11 W heating plate to a lower temperature and obtain a larger maximum wind velocity of the ionic wind. When the maximum wind velocity of the ionic wind reaches the maximum value, it does not mean that the heat dissipation performance is the best, because the optimal heat dissipation performance can be achieved when the average wind velocity reaches the maximum value. The multistage device using the pin-mesh integrated structure has a maximum wind velocity of 2.6 m/s, which can reduce the temperature of the 11 W heating plate to about 90℃ and the temperature drop to about 105℃, while the single-stage can only drop to 110℃ and the temperature drop is about 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。     

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。     

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。