飞秒激光辐照纳米金膜的导热机制研究

从金属薄膜材料的光热参数的热物性出发,利用具有人工黏滞的、自适应时间步长的前向差分算法,求解了电子和声子双温双曲两步热传导模型下的能量耦合方程,讨论了在100fs脉冲激光辐照下50nm金膜传热过程的微观机制.结果表明:电子热导率在传热过程中变化相对较大,采用常温下的值会高估其作用.热流迟滞项的引入使得电子热流出现双峰.在不同的激光强度下,电子热流的能量分布出现不同,但在电子温度梯度急剧增大的很短时间内热流变化不大.     

一体化陶瓷平板热管的自由成型与传热性能研究

为提高电子器件的散热效率,利用电机助推微注射器MAM(Motor Assisted Microsyringe)自由成型技术制备了带有矩形微槽的一体化Al2O3陶瓷平板微热管,并对其不同充液率、冷却条件下的传热性能进行测试。结果表明,在热流密度为5.3W/cm2条件下,陶瓷平板热管的传热性能良好。其中,稳态工作条件下,充液率为100%的热管蒸发端和冷凝端的温差仅有5.5℃,传热性能最好。与一般的平板热管相比,平板蒸汽腔工作时,最高温和温差均有所降低。     

槽式太阳能集热器聚光传热特性浅析

以槽式太阳能集热器为研究对象,基于槽式真空集热器光学理论,使用SolTrace建立集热器模型,并运用射线追踪法进行了辐射计算及分析,获取了吸热管吸热面热流的分布特性.研究结果为进一步研究槽式真空吸热管传热特性提供了理论依据.     

飞机蒙皮红外辐射的瞬态温度场分析

飞机蒙皮温度场是形成飞机红外图像的基本因素,掌握其瞬态分布特性与控制机制对于飞机相关的红外技术有重要帮助.通过分析控制蒙皮温度场的传热过程,建立了包括飞机内部换热、蒙皮外气动对流与辐射换热的瞬态耦合传热数理模型.引入壁面热流函数,将蒙皮外部热环境与飞机内部换热进行解耦计算,采用热网络法与蒙特卡罗法进行飞机内部传热分析,利用FLUENT软件进行蒙皮外气动对流换热模拟,建立了飞机蒙皮瞬态温度场的数值方法.通过模拟计算,获得了不同飞行状况下飞机蒙皮的瞬态温度场,分析了相关因素的影响.     

水平地震力作用下钢筋混凝土异形柱框架结构设计

因钢筋混凝土异形柱界面几何性质具有一定特殊性,应该重点考虑不同地震作用方向下其相应的结构反应。本文将结合笔者自身多年工作经验,深入分析钢筋混凝土异形柱框架结构处于不同方向水平地震作用下的受力情况,并对柱底层剪力、轴压比、层间位移角以及自振周期等方面进行研究。通过分析得出,L形异形柱具有较强的方向性,可考虑45°、-45°地震作用方向计算,并且调整异形柱平面的布置形式,促使刚度中心尽可能和形心吻合,最终降低扭转效应对结构产生的消极作用。     

实现电子器件散热的微小型平板LHP蒸发器传热特性研究

提出了微小型平板LHP来实现高热流密度电子器件的散热,分析了LHP的工作原理以及运用于电子器件散热的优点.建立了蒸发器多孔芯,金属壁面以及工质汽、液空间区域的耦合数学模型,并运用SIMPLE算法进行求解.数值结果表明,微小型平板LHP蒸发器具有较高热流的散热能力,加热表面的温度水平较低,均温性较好,有利于电子器件的散热.提出微小型平板LHP存在侧壁效应传热极限,由于该极限的存在,系统传热能力在17.5×104 W·m-2左右.     

高功率微波装置散热热沉传热流动特性

高功率微波装置在运行时面临的高热流密度散热是当前热控必须解决的难题。微小通道热沉散热结构简单,换热能力突出,在一定程度上能够解决高热流密度散热的问题。但使用微小通道热沉散热时,散热面温度在沿工质流动方向不断升高,这对器件稳定运行不利。而射流冲击技术中流体垂直于热源喷射,温度边界层薄,温度梯度大,换热效果强。将射流冲击技术与微通道热沉相结合,不仅能提高换热系数,增大换热量,而且能实现良好的温度均匀性。对高热流密度下射流冲击微小通道热沉进行数值模拟,分析不同射流孔径对其传热和流动特性的影响。结果表明,增大远离出口处的射流孔径,有利于提高传热效率和减小流动阻力。优化后的射流微通道热沉,在质量流量为14 g/s时,换热系数接近39 000 W/(m2·K)。     

芯片散热微通道仿生拓扑结构研究

为提升高热流密度芯片的散热能力,借鉴自然界中众多具有优良传质传热特性的网络拓扑,设计了多种仿生微通道拓扑结构.利用数值模拟方法,分析了不同拓扑结构的散热效果及压降特性,结果表明不同拓扑结构的散热能力存在一定差异,且芯片热流密度越高差异越明显.对数值分析中综合性能优秀的蜘蛛网结构的散热特性进行了理论分析,并通过3D打印加工了微通道散热器,测试表明其散热能力和压降相对现有平直微通道均有明显提高.     

瞬态超高温MEMS石墨烯温度传感器设计

针对炮膛、航空发动机等设备对于超高温瞬态温度测量的需要，设计了一种量程达3000℃的瞬态石墨烯温度传感器，传感器由石墨烯敏感芯片、管帽、管壳三部分组成，利用管帽传热的同时进行热阻隔。使用ANSYS仿真软件对传感器管帽(传热膜片)厚度进行优化，并进行强度安全校核。结果表明：在脉宽10 ms、峰值3000℃的正弦温度冲击波作用下，管帽膜厚为2.7 mm时，该传感器可以发挥石墨烯最佳性能，且可以满足400 MPa的高强度。最后，利用仿真结果优化得到了外推对应关系。本论文设计的石墨烯MEMS温度传感器具有量程宽、针对性强、稳定性高等特点，可为石墨烯传感器应用于超高温瞬态测量领域提供可行性方案。     

气动加热下高温陶瓷材料的红外辐射机理与特性

从分析材料内部热辐射与导热耦合传热温度场、表面反射及折射之间的内在关系出发,建立了气动加热下高温陶瓷材料的红外辐射模型.采用控制容积法结合蒙特卡罗法和谱带模型,数值模拟了红外辐射能在材料内部的传递及出射过程.引入介质影响因子,分析了材料的红外辐射机理和外部气动热流对材料红外辐射特性的影响.结果表明,高温陶瓷材料内部热辐射的光谱选择性与温度场的耦合,导致高温陶瓷材料的红外发射率随气动热流变化而变化.由于陶瓷材料在紫外和中远红外谱带范围对辐射的吸收非常强,而在近红外和可见光谱带范围对辐射吸收较弱,随气动热流密度增大,对陶瓷材料表面红外辐射产生贡献的内部热辐射区域增大,但材料的红外发射率降低.     

纳米冷却技术

随着电子集成技术的迅速发展,电子器件的热流密度不断增加,对微尺度下电子冷却技术的要求也在不断提高。微电子领域是最早提出微尺度流动和传热问题的工程领域。在具有微尺度的微电子领域中,当空间和时间尺度微细化后,出现了很多与常规尺度下不同的物理现象。而随着微电子技术的发展,电子器件的热流密度不断增加,这势必对电子器件有更高的散热要求,因此有效地解决散热问题已成为电子设备必须解决的关键技术。鉴于纳米冷却技术的先进性和优越性,本文从微尺度下电子冷却技术的发展背景出发,重点介绍了纳米冷却技术的应用、现状及发展前景。     

基于遗传算法的热疗温度场重构参数辨识方法

本文主要研究在肿瘤热疗中利用测量有限个温度点作参数辨识重构温度场的问题.为求取在生物传热中起主要作用的血液灌注率的优化参数估计,本文首次提出用遗传算法构造血液灌注率的参数辨识过程;这一方法在离线的仿真中得到了最优的高精度参数辨识,并且是模型自动匹配的.遗传算法在生物传热控制上所作的非线性参数辨识,也为控制中此类问题的研究提供了方法性依据.     

中国科学院先进传热技术联合实验室暨学术委员会在京成立

2013年3月18日在北京钓鱼台国宾馆,中国科学院理化技术研究所空间功热转换技术重点实验室和国研高能(北京)稳态传热传质技术研究院有限公司联合成立先进传热技术联合实验室。该联合实验室主要致力于民用高效低成本高热流密度散热技术、军用高热流密度器件的高可靠热管理技术、红外探测低温元件的冷却及散热技术和分布式点热源系统的散热管理的研究。     

楔形扫描器在激光微加工中的应用

激光在加工微米级小孔径领域中有着明显优势, 尤其是在对于特殊孔形的小孔加工中, 激光可以实现高精度高速度的轮廓描绘。探讨了双光楔旋转打孔激光加工系统在不锈钢、单晶硅等材料上异形孔加工成型的工艺参数, 结果表明更多的重复次数在小孔加工中起着比激光能量更重要的作用。同时实验也利用旋转双光楔扫描器在不同材料表面进行了异形微孔加工, 验证了双光楔系统在实际工业打孔加工应用中的可能性。     

用压电传感器研究半导体中的电子-声子的相互作用

在Si单晶片两面加一方波电压,晶体中将产生周期热流.理论分析表明,存在着两种不同起因的热流,并可由一实验上的阈值电压加以区分.我们用压电陶瓷对产生的热流进行了测量,用测得的阈值电压计算了样品的参数,得到了满意的结果.     

利用坐标变换法计算卫星轨道辐射热流

卫星轨道辐射热流的计算对于卫星的热控设计和卫星红外特征研究等都具有重要意义。论文根据描述卫星运动模型参数的卫星轨道六要素,利用坐标变换方法确立了卫星任一表面与太阳、地球的位置角度关系,建立了卫星的表面辐射热流计算模型,可用以计算任意轨道参数的卫星在任意时刻太阳辐射、地球反照和地球辐射等主要轨道辐射热流,并以某轨道上六面体卫星为例给出了其不同表面在整个轨道运行期间的接收到的辐射热流计算结果。结果表明:卫星不同表面接收到的辐射热流密度随时间的变化是不一样的,主要取决于各表面与太阳和地球的角度关系。     

压电泵驱动闭式水冷回路实验研究

设计了一种压电泵驱动闭式水冷回路传热系统,压电泵采用双腔串联结构,在150 V驱动电压下,泵水流量达330 mL/min。为了分析水蒸气对压电泵驱动闭式水冷回路传热性能影响,该文采用实验方法研究了不同充液率下压电泵驱动水冷回路的启动和稳态工作特点。实验结果表明,闭式回路内压电泵在充液率大于0.895时才能启动。当充液率大于0.930时,少量气相的存在对压电泵及传热系统的工作性能影响较小,系统传热热阻小于0.2 ℃/W。     

封装有相变材料的热沉结构对电子器件高温保护的传热分析

电子器件在工作过程中有可能由于突增电流而产生大量的热量,利用固液相变潜热存储系统,可以使得电子器件在一定的时间内保持相对平稳的温度,从而达到高温保护的目的。针对一种封装有相变材料的热沉结构在自然对流冷却条件下的传热特性进行了理论分析,得到了热沉、相变材料和空气的平均温度及相变材料的相变过程,并对比分析了同一热沉结构和自然对流冷却条件下,在不同热流密度下高温保护时间以及对流换热特性。     

两种微型热管传热性能对比研究

以波形脉动热管和微槽平板热管为研究对象,基于Mixture模型构建了其三维非稳态数学模型,并对模型可靠性进行了验证。采用该数学模型对比了两种微型热管在相同散热空间和散热热流密度情况下的热阻、平均壁面温度和蒸发段壁面温度均匀性。结果表明:相对于微槽平板热管,波形脉动热管热阻更低,传热性能更好;波形脉动热管蒸发段稳态平均壁面温度更低,且随着热流密度的增加该优势更加明显;波形脉动热管在空间尺度上蒸发段壁面温度均匀性更好,且这种优势在高热流密度情况下更突出,但这种均匀性在时间尺度上变化相对剧烈。     

地球辐射对大气层外弹道式目标表面温度场的影响

运用单位半球法计算了地球辐射热流,并详细介绍了推导过程.由于给出微面元上地球辐射热流的解析表达形式,从而使计算凸面大气层外弹道式目标表面上的地球辐射热流变得非常简便.为了准确分析地球辐射对目标表面温度场的影响,利用有限元法建立了热传递模型.最后应用ANSYS软件计算了一种大气层外弹道式目标的表面温度场分布.数值计算表明:在目标飞行全程中,由于地球辐射的作用,目标绝大部分表面的温度变化范围在10K以内.