基于参数化建模的控温包装传热仿真系统开发

目的 开发控温包装传热仿真系统Tpackage,通过参数化建模和传热仿真,对控温包装的保温效果进行有效分析。方法 以典型控温包装为研究对象,基于OpenCASCADE、QT与VTK设计控温包装参数化建模模块;分析包装内外热量传递规律,开发控温包装传热求解器模块。集成2个模块实现控温包装的参数化建模和传热过程的数值模拟。结果 使用Tpakcage在30、40 ℃ 2个环境温度下对2套控温包装系统(TC1、TC2)进行传热仿真,并采用Comsol进行同条件模拟,产品测温点到达8 ℃所经过时间的最大误差分别为7.04%(TC1-30 ℃)、9.87%(TC1-40 ℃)、8.82%(TC2-30 ℃)、9.73%(TC2-40 ℃);在30 ℃条件下进行实际验证实验,通过Tpackage进行同条件对比验证,产品测温点到达8 ℃所用时间的最大误差为9.47%。结论 Tpackage能够实现典型控温包装的参数化建模,并有效评估控温包装的温度场分布。该研究可为控温包装优化设计提供参考,提高控温包装设计效率。     

变浓度热泵实验系统自动控制研究

结合变浓度系统中的温度控制要求,对实验系统自动控制方案进行设计,并对控温程序采用LabVIEW7.0进行了编写.在软件设计的基础上进行了PID参数自整定调试及控温实验等.实验结果表明,冷凝器进水温度能准确地控制在设定温度的±0.1 ℃以内,蒸发器出口温度控制在设定温度的±0.3 ℃以内,从一个工况到另一个工况的过渡时间不大于15 min.控制程序可以较好地满足实验要求.     

-180~-60℃超低温可调恒温器的研制北大核心CSCD

研制了一种具有温度连续可调功能的超低温可调恒温器装置,阐述了该装置的设计原理、具体结构、测试过程及实验结果。为了验证该装置的性能,进行了装置温度波动度实验、孔间温差(均匀度)实验、升温速率测试,结果表明:温度波动度优于2 mK/10 min,孔间温差优于2 mK,升温速率优于1.5℃/min;同时完成了温度控制器的设计,可实现多段控温和单段控温切换。所研制的超低温可调恒温器装置的温度范围为-180~-60℃,控温分辨力为0.001K。     

高精度梯度控温系统应用研究

为满足某型号航天产品热真空试验中梯度控温需求,设计了一套高精度梯度控温系统.系统由热沉、加热器及配套的控温系统等组成,可实现载荷等产品梯度控温需求,控温精度可达±0.2℃.本文介绍了该系统控温结构的设计、温控结构框架、PID控温原理.采用该系统对产品分区进行梯度控温试验,试验中系统运行稳定可靠,结果表明该系统满足产品分...     

半导体功率器件测试用脉冲高压源的设计与实现

为满足精密测温需求,解决标准光电高温计测温结果易受环境温度影响的问题,设计多点控温系统,该系统通过多点布控的方式实现内层壳体整体控温,应用薄膜加热片作为控温元件,并采用自主设计的控温电路。开展试验对该系统的控温稳定性、重复性以及标准光电的测温稳定性进行了验证,结果表明多点控温系统稳定后2.5 h波动0.09 ℃,三天控温重复性0.1 ℃。室温环境下,应用标准光电高温计测试银固定点黑体辐射源,使用多点控温系统与不使用多点控温系统时的测温波动分别为0.1 ℃和0.7 ℃。本文研制的标准光电高温计多点控温系统具有稳定性好、体积小、重量轻、易于控制等优点,能够有效满足标准光电高温计的精密测温需求,为促进国产精密测温仪器的性能提升起到推动作用。     

双层相变材料的制备及其对锂离子电池控温性能的影响

电池热管理系统是保证电动汽车电池性能的关键部分，目前多使用单相变材料冷却技术。以相变温度不同的石蜡作为储热材料，以膨胀石墨作为吸附材料，设计了双层相变材料控温结构，双层相变材料结构具有“接力赛”式的双重缓冲控温过程。对制备的2种相变材料进行表征和测试，得出最佳材料配比。在不同的环境温度中将双层相变材料控温结构应用于锂离子电池进行放电实验。结果表明：质量分数为10%的双层相变材料在导热系数和泄漏率方面有较好的表现和较高的潜热值，双层相变材料结构在25℃和37℃环境温度中能够使锂离子电池最高放电温度分别保持在42℃和51℃,具备良好的控温效果，能在一定程度上保证锂离子电池的安全使用并延长其寿命。     

应用半导体制冷的冷藏链用储藏箱性能实验研究

半导体制冷片因其体积小、制冷速度快的优点在冷藏链运输领域具有很强的应用潜力。为测试半导体制冷箱的制冷效率,本文搭建了制冷储藏箱性能测试实验台,对应用两片TEC1-12706型及TEC1-12712型半导体制冷片的制冷储藏箱的工作性能进行实验研究。实验中分别在储藏箱中加入2 000 m L冰块开始实验及应用1 500 mL冰块与3 kg食材及3瓶500 mL矿泉水的组合开始实验,两次实验中同时改变热端散热方式及冷端风扇吹风方式。结果表明:对于同型号半导体制冷片,水冷方式时制冷效果更好,但持久性不强;同型号半导体制冷片冷端风扇下吹方式与侧吹方式相比气流组织更好。当容积为0. 1 m^3的储藏箱面向冷藏需求时,可应用两片采取热端风冷方式的TEC1-12706型半导体制冷片,此时10 h内箱体中心温度最大约为6℃,最小约为0℃;当容积为0. 1 m^3的储藏箱面向冷冻需求时,可应用两片TEC1-12712型半导体制冷片结合水冷式热端和风扇下吹式冷端,能维持3 h箱体内温度不高于0℃。     

控温包装控温时间预测模型研究

目的建立控温包装控温时间预测模型,保护温度敏感产品在一定时间内不受外界温度变化的影响。方法以典型长方体产品的控温包装为研究对象,通过计算控温包装系统热阻及控温包装内蓄冷剂的吸热量,建立控温包装控温时间预测模型。同时,基于2种典型控温包装产品在296,308,318 K等3个温度环境中的储藏试验,进行理论与实验验证。结果实际控温时间比模型预测时间长,但偏差均小于10%。结论该理论模型能准确地预测控温包装控温时间,研究成果为控温包装设计提供了理论依据。     

冰箱冷藏控温系统中分离式热管的传热性能

本文提出了将分离式热管与直冷冰箱板管蒸发器相结合的新方案,在-25℃的冷源温度下,测试了热源温度为5、8、12℃下热管的稳态传热功率,获得了分离式热管的最佳充注量为120 g。基于该充注量下冷藏室内的降温过程,对系统内部各参数的变化进行了研究分析。实验结果表明:启动10 min左右,分离式热管内部参数基本达到稳定。分离式热管可以在60 min内使冰箱冷藏室内温度从16℃降至5℃,在135 min内降到0℃。通过电磁阀的自动开停控制,维持冷藏室内温度为8℃时,单周期运行时间约为6.5 min,停止时间约为42.8 min,开停比率约为15.2%,控温精度达到1.1℃,优于普通直冷冰箱2.5℃的控温精度,初步验证了分离式热管具有良好的传热特性及控温性能。     

热真空试验设备控温热沉设计分析

为满足某型号航天产品的热真空试验要求,设计了专用的控温热沉,由热沉、加热器及配套的控温系统等组成。本文简述了某型号专用控温热沉的设计,并对该结构进行了仿真分析验证,分析结果表明,产品发热量为200W时,空间温度最高可高于+120℃,热沉本体低温可低于-180℃,具备温控条件。温控系统采用PID自适应调节,使用结果表明,能将空间温度度在(-180^+120)℃可控,控温精度可达±0.5℃,满足试验要求。     

半导体激光器恒温控制系统的高精度温度测量研究

 半导体激光器性能受温度影响较大,为了提高其工作稳定性,设计了一个应用于半导体激光器的恒温控制系统.该系统由05 mA恒流源对Pt100温度传感器供电,采用四线制测量方法获得精确的温度信号.应用TLC2652斩波放大器设计前置放大器,并采用差分放大电路对信号进行后续比较放大.使用半导体制冷器(TEC)制冷,实现系统的恒温控制.经实验数据分析可以看出,该恒温系统可有效地工作,温度控制偏差最大为±002 ℃.通过调节相应参数,可自由设定恒温系统的温度值,应用于不同温度控制环境.     

K2O对LZAS微晶玻璃微观结构及热膨胀性能的影响

采用DTA、XRD、SEM、TEC(热膨胀系数)等分析手段研究了加入K2O前后LZAS系统微晶玻璃的微观结构和热膨胀性能.结果表明,650℃晶化时,试样析出γⅡ-LZS和方石英晶体;725℃时,γⅡ-LZS逐渐转变为γ0-LZS晶体,并且出现β-石英固溶体;800℃时,β-石英固溶体转变为β-锂辉石固溶体,晶粒尺寸逐渐长大.制得微晶玻璃的热膨胀系数在(50～130)×10-7℃-1(20～500℃)之间,其大小取决于晶相的种类和含量.并且K2O的加入降低了玻璃的转变温度、粘度,抑制了玻璃的析晶倾向,增大了微晶玻璃的热膨胀系数.     

Performances of thermoelectric cooler integrated with microchannel heat sinks

In this study, experimental and theoretical studies on thermoelectric cooler (TEC) performance for cooling a refrigerated object (water in a tank) were performed. Microchannel heat sinks fabricated with etched silicon wafers were employed on the TEC hot side to dissipate heat. The measurements show that the temperature of the refrigerated object decreased with time. A theoretical model based on a lumped system was established to predict the transient behavior of the variation in temperature for the refrigerated object with time. The theoretical predicted temperature variation was in good agreement with the measured data. The relationship among the heat sink thermal resistances, TEC electric current input and minimum refrigerated objected temperature was examined based on the theoretical model. The calculated minimum temperatures were showed for the several cases of heat sink thermal resistance on the TEC hot side and electric current input. The minimum temperature can be obtained by increasing the electrical current input and decreasing the heat sink thermal resistance.     

一款基于AGC-PI结构的微陀螺闭环驱动电路芯片

比例积分(PI)控制器是微陀螺自动增益控制(AGC)闭环驱动电路中的重要模块,常被用来改善闭环驱动电路的瞬态响应特性.但是,传统的PI控制器电路存在功耗、面积大的缺点.针对此问题,提出了一种Gm-C结构的PI控制器,其仅由一个片内的跨导放大器和片外电容电阻网络即同时实现了减法、比例和积分功能,显著减小了芯片功耗和面积.此外,提出了一种带温度补偿的跨阻放大器(TIA)结构的读出电路,将驱动轴振动速度幅值的温漂系数从补偿前的1 640×10-6/℃提高到了114×10-6/℃.设计的驱动电路芯片在0.35μm标准CMOS工艺下实现,工作电压为5 V.其中PI控制器的静态功耗小于1 mW,面积仅为0.18 mm×0.08 mm.芯片与微陀螺的联合测试结果表明,在PI控制器的比例系数和积分系数分别设置为10和200时,闭环驱动电路有最佳的瞬态响应.     

热阻对制冷机冷头温度波动传递的影响特性

人为地增加热阻可以抑制制冷机冷头的温度波动。为了量化研究热阻与冷头温度波动在传递过程中的关系,基于G-M制冷机搭建了控温测温实验平台。通过改变SS304不锈钢热阻材料的规格和安装方式,并对冷头与目标区域的温度波动进行高频采样,获得了4~20 K温区冷头温度波动与热阻片厚度的拟合关系。给出了制冷机冷头波动量化抑制的建议方案。     

The characterization of a cascade thermoelectric cooler in a cryosurgery device

An experimental investigation using a Peltier thermoelectric cooler (TEC) to cool down a cryoprobe for cryosurgery was performed. Two prototypes of cryosurgery devices consisting of 5- and 6-stage TEC modules were analyzed using a variety of electrical voltages, circulating thermostatic bath (CTB) temperatures, and heat exchanger configurations to obtain an optimum cold side temperature and temperature differences between sides of the modules. To increase the heat exchanges at the hot side, a heat pipe system with a water block was used. Using an electric voltage of 12 V and a CTB temperature of 273.55 K, a cryogenic temperature of 177.09 K and a temperature difference of 99.87 K were achieved. These results indicate that the TEC module can be an effective cooling source for cryosurgery. The prototype has shown potential for clinical trials.     

Enhancing the maximum coefficient of performance of thermoelectric cooling modules using internally cascaded thermoelectric couples

This paper presents an approach of fabricating thermoelectric cooling (TEC) module for enhancing the maximum coefficient of performance (COP) of TEC module. A significant novelty is that each stage thermoelectric couples have different leg lengths which decrease stage by stage from cold side to hot side of TEC module so that the lower stage can completely pump the heat dissipated by the upper stage. In the design configuration of the TEC module, the lower and upper stages are connected electrically in parallel and thermally in series only through intermediate copper metal strips and copper conducting wires, and thus the interstage thermal resistances and the heat leakage can be reduced compared with that of a conventional pyramid-styled configuration. A mathematical model is also developed to simulate the performances of the TEC module. The simulation results show that the enhancement in maximum COP of the TEC module can be obtained by using internally cascaded multistage thermoelectric couples.     

衰荡光腔温度控制研究

研制出一套光腔衰荡光谱中的温度控制系统。首先,设计了内壁带有硅胶加热片的控温箱体,将光腔置于箱体中并模拟内部温度分布;然后,对箱体进行有限元分析及参数化扫描,得到最优化情况下加热片的分布及功率大小,保证光腔通光部分温度的均匀性;根据仿真结果完成实际控温箱体和加热片的加工,以比例积分微分（PID）控制算法为核心,设计包括温度采样模块、控制模块、驱动电路模块等在内的硬件电路系统,开发相应的控制算法,精密控制光腔内部的温度变化,实现衰荡光腔通光部分8 h内温度变化标准差不超过0.01 ℃。     

基于AT89C52单片机温度测控系统的硬件设计

本文介绍了基于AT89C52单片机的温度测控系统的硬件设计。该系统采用DS18820进行温度采集,通过AT89C52单片机外围电路来实现温度的设定、显示以及报警。该温度测控系统测温范围为-55℃＋125℃,它具有读数方便、测温范围广、测温准确等优点,被广泛运用于工业生产、日常生活中。