相变合金温控组件的制备及循环性能研究

根据某弹载平台短时热耗高、工作时间短、热响应时间短的具体使用要求,选定了50Bi-27Pb-13Sn-10Cd作为相变材料,设计并制备了基于该种相变合金的温控组件,并通过理论计算和试验,比较了相同加热功率条件下相变合金温控组件和石蜡/泡沫铜相变温控组件温度-时间曲线的差异,以及经100次相变热循环前后的相变合金温控组件温控性能的变化情况。结果表明,与泡沫铜/石蜡相变温控组件相比,相变合金温控组件具有更好的控温效果,热响应时间30s;经100次热循环后相变合金的相变温度变化率在3%以内,温控组件仍能保持良好的温控性能。     

角接触球轴承传热机理及其对高速电主轴性能的影响分析

在传热学的基础上,建立了接触区等效热阻的角接触球轴承传热模型,并用离散热节点的方法建立热阻网络模型,提出了根据热能量守恒建立热节点微分方程对节点温度进行预测的方法,采用有限元法对电主轴及其轴承温度场进行仿真,并探讨了电主轴转速对轴承接触区等效热阻的影响,以及等效热阻对电主轴温度场分布的影响。结果表明:轴承接触区等效热阻对电主轴温度场分布有较大影响,电主轴转速越高,轴承接触区等效热阻越大,轴承组件中的热梯度越大,在高速精密电主轴热设计中接触区等效热阻不可忽视。     

固态组件和冷板间的接触热阻实验研究

为了维护的方便,电子设备固态组件与冷板之间的连接一般不采用焊接的方式,而是采用螺钉连接、锁紧机构压紧等形式。文中对采用4个M2.5螺钉进行连接以及采用锲形块锁紧机构进行连接两种情况的接触热阻进行了对比实验研究,并研究了相同锁紧形式下,在连接界面添加不同界面材料(导热硅脂、铟箔和导热衬垫)时的接触热阻,以及不同热流密度情况下的接触热阻。结果表明:锁紧机构连接的接触热阻小于螺钉连接的情况;添加界面材料后接触热阻变小;界面材料中,添加导热硅脂时的接触热阻最小,而铟箔最大。     

动力电池相变传热介质热管理系统影响因素分析

新能源汽车动力电池相变传热介质热管理系统由于结构简单等优点得到了广泛的关注。针对目前对该系统的研究主要集中在单一影响因素的分析和改进的现状,首先建立基于相变材料的电池热管理系统数值传热模型,然后对相变材料的热导率、相变温度、用量以及传热路径的接触热阻等因素的影响进行数值分析,得出不同因素的最优作用范围。在此基础上应用正交试验的方法进行重要性和显著性分析,得到不同参数配置下电池热管理系统的性能。结果表明对电池工作温度的影响程度而言,相变温度的影响最明显,然后依次是接触热阻和热导率。而对相变材料液相比例而言,重要性依次递减分别是相变材料的相变温度、用量、热导率和接触热阻。最优参数组合在5C放电倍率也能将电池的温差控制在3℃,工作温度控制在43.5℃内。     

填充泡沫铜对石蜡相变蓄热性能的试验研究

以石蜡作为相变蓄热材料,泡沫铜作为填充材料加工制作了相变蓄热装置,并搭建了蓄热器热性能实验台,对填充泡沫铜和未填充泡沫铜的蓄热容器分别进行了相变蓄热试验,测量相变材料的温度并通过数据采集仪进行采集,整理绘制了在不同条件下的温度时间曲线并进行了分析讨论。结果表明泡沫铜的添加不仅使蓄热器内温度分布均匀,而且大大缩短了蓄热所需时间。     

飞机燃油接触热阻测试技术研究

介绍了接触热阻的概念,搭建了一套接触热阻试验平台,针对燃油与金属壁面的接触状况进行了试验测试,得到固液界面的等效导热系数,进而通过理论公式计算出接触热阻,为飞机油箱温度场分析提供保障。     

高孔率泡沫金属的孔结构保形铣削加工研究

为避免高孔率泡沫金属的孔结构在加工过程中变形,提出一种利用填充材料进行泡沫金属固化后再进行孔结构保形铣削加工的新方法。首先对不同填充材料的泡沫铜进行铣削加工试验,然后利用SEM图进行表面形貌分析,选用孔径保形率、孔嵴保形率以及透气性来评价泡沫金属铣削加工的保形效果。基于中心组合试验,以孔径大小和0.7 kPa压力下的流量值为指标,建立二次回归方程并计算出在选定填充材料条件下的泡沫铜的优化加工参数。研究结果表明,以氢化松香-硬脂酸钠按质量比4:1混合的固化填充材料可以使得泡沫铜在铣削加工过程中获得较好的保形效果。孔径保形率、孔嵴保形率以及透气性性能均随主轴转速、进给速度呈先增加后降低的趋势。同时,在选择优化填充材料的条件下,主轴转速为311 r/min,进给速度为165 mm/min时,铣削加工泡沫铜具有较好的保形效果,其孔径保形率可达96.3%,且在0.7 kPa的压力下,流量值达7.36 L/min,具有较好透气性,实现了具有较好保形效果的泡沫铜的铣削加工过程。     

乙醇水溶液脉动热管传热特性研究

以体积分数为50％的乙醇水溶液为工质,在充液率为50％的情况下,对多环路脉动热管的传热特性进行试验与机理研究,并与无水乙醇的传热效果进行对比.结果表明,采用乙醇水溶液的热管热阻明显低于无水乙醇脉动热管的热阻,并且加热功率的极限值较高.当倾角为90°时,采用乙醇水溶液的热阻值最低约0.1℃/W,传热极限约为300W.采用无水乙醇作为脉动工质,倾角为60°时的热阻为采用酒精水溶液的1.34～1.49倍,倾角为30°时的热阻为1.28～1.50倍.     

板式脉动热管强化传热方法研究

为了研究板式脉动热管的传热性能强化的方法,对原型和改进型两种不同板式脉动热管传热特性进行数值分析比较。基于VOF方法建立板式脉动热管汽液两相流动及相变传热三维非稳态数学模型,仿真得到不同加热功率条件下热管内流型演化和温度分布。仿真结果表明,改进型脉动热管在高功率阶段,整体等效热阻小于原型。     

复合相变材料在电子设备短时瞬态温控中的应用

阐述了石墨/石蜡复合PCM(相变材料)相较于传统PCM的优势,介绍了相变储热器的设计及工艺填充方法。通过实验验证了基于等效比热法的相变储热器的仿真和优化。从而简化了传统PCM在电子设备短时温控领域应用中的设计、计算、强化传热、封装问题,为石墨/石蜡复合PCM储热器设计及应用提供参考。     

基于接触热阻的磨齿机电主轴热特性分析

大规格数控成形磨齿机高速电主轴系统在加工过程中产生大量热量,导致砂轮主轴产生相应热变形,影响加工精度。针对这一现象,提出了一种考虑接触热阻的瞬态热-结构耦合分析方法。该方法基于分形理论,利用W-M分形函数表征结合面接触状态,使用均方根测度法对分形参数进行识别。结合基体热阻和收缩热阻的影响计算结合面间总接触热阻,并计算热源发热量及各部件的对流换热系数,建立了综合考虑内部热源、边界条件和接触热阻的综合有限元模型,获得热误差仿真结果。分析电主轴温度及热变形在是否考虑接触热阻情况下变化差异。最后建立电主轴系统热误差测量试验平台,通过试验验证了该方法的准确性和可靠性。通过仿真得到温度及热位移量与实验值基本一致。     

高效热扩展技术在干式T/R组件散热中的对比研究

T/R组件散热是有源相控阵雷达领域的重要课题,大功耗、高热流密度器件在冷板上会形成局部热障,产生扩展热阻。文中以干式风冷T/R组件散热为研究对象,采用三维数值模拟方法对铝冷板、金刚石/铜、热管及蒸汽腔等高效热扩展技术进行了对比研究,探讨了导热系数、冷板厚度、对流换热系数对扩展热阻的影响规律。结果表明,提高冷板的等效换热系数是减小扩展热阻、强化传热最有效的途径之一。同时合理优化冷板厚度及散热器对流换热系数能有效降低高热流密度器件的工作温度。     

QSFP+光收发模块的热设计研究

QSFP+光收发模块作为有源光器件中的重要组成部分,在宽带通信网络领域占有非常重要的地位.随着光网络信息容量激增,QSFP+光收发模块的速率逐步提高,其热流密度逐渐增大,模块的散热性能成为制约其进一步发展的重要因素.文中通过分析QSFP+光模块的热传递路径,建立了光模块的热模型,采用仿真分析的方法得出不同材料、接触热阻以及发热器件布局对光模块温度场的影响.结果表明,通过减小接触热阻、提高材料的导热系数、缩短发热器件与散热片之间的距离可以有效提高光模块的散热性能.     

大功率固态功率管热设计优化及验证

为研究大功率固态功率管的传热问题,文中以某风冷固态功率管为例,介绍了其结构形式,分析了从功率管管壳到空气热沉之间的主要热阻,通过热设计软件进行了仿真计算。计算结果表明,造成功率管温升较大的热阻有对流换热热阻、导热热阻和接触热阻。为了降低功率管的结温,对每个热阻分别进行了优化设计和计算,通过试验对优化后的模型进行了验证,测试结果与仿真结果一致。最后还对大功率固态功率管的热设计优化方法进行了介绍。     

光谱成像仪CCD组件的稳态/瞬态热分析与验证

针对光谱成像仪CCD器件温度过高产生的热噪声和暗电流会导致成像质量下降,对CCD组件进行了稳态/瞬态热分析。采用有限元数值分析方法,建立了CCD组件传热的数值模型。根据CCD组件的结构特点和导热路径,应用有限元热分析软件IDEAS-TMG建立了有限元热分析模型,在给定温度边界条件下对CCD组件进行了稳态和瞬态仿真分析。给出了CCD组件的热响应性能、组件中关键部件的稳态温度分布云图以及随时间变化的瞬态温度曲线。稳态分析结果表明,CCD器件工作过程中的平均温度水平为27.1℃;瞬态分析结果表明CCD器件在工作时的升温速率为2.5℃/min,最高温度为37.8℃。验证试验结果与数值分析结果吻合较好,验证了数值分析的正确性和温度预示的有效性。稳态试验过程中CCD器件的温度为26.8℃,瞬态试验过程中温升速率为2.4℃/min。所获得的稳态和瞬态分析结果能够满足热控指标要求,为提高CCD组件的可靠性和热设计优化提供了理论依据。     

空间相机碳纤维桁架导热增强设计

由于空间相机桁架结构常用的碳纤维复合材料热导率较低,从而导致结构内部易形成较大温度梯度。本文提出通过在碳纤维复合材料表面附着铜网和粘贴铝膜,以实现某空间相机桁架结构的导热增强设计。首先,建立了碳纤维复合材料热导率模型。然后,针对碳纤维复合材料平板表面附着铜网/粘贴铝膜的结构特点,建立了平板的传热模型,并对未经处理的碳纤维复合材料平板以及在其表面分别粘贴0.05mm和0.5mm铝膜、附着等效直径为0.08mm铜网4种不同状态进行了热分析。接着,通过试验测试获得了不同状态平板结构的等效热导率。试验结果表明,表面附着铜网/粘贴铝膜可以使面内等效热导率得到不同程度的改善。其中,在碳纤维复合材料平板表面粘贴0.5mm铝膜效果最好,其可使结构的等效热导率提升至41.3 W/(m·K)。最后,根据试验所得结构等效热导率,对某空间相机碳纤维桁架进行了热设计。桁架结构热分析结果表明,单根桁架杆的轴向温差已由6.8℃减小为0.8℃,桁架结构温度均匀性得到显著改善。     

Equivalent thermal conductivity of heat pipes

In precision machining, the machining error from thermal distortion carries a high proportion of the total errors. If a precision machining tool can transfer heat fast, the thermal distortion will be reduced and the machining precision will be improved. A heat pipe working based on phase transitions of the inner working liquid transfers heat with high efficiency and is widely applied in spaceflight and chemical industries. In mechanics, applications of heat pipes are correspondingly less. When a heat pipe is applied to a hydrostatic motorized spindle, the thermal distortion cannot be solved during the heat transfer process because thermal conductivity or equivalent thermal conductivity should be provided first for special application in mechanics. An equivalent thermal conductivity model based on equivalent thermal resistances is established. Performance tests for a screen wick pipe, gravity pipe, and rotation heat pipe are done to validate the efficiency of the equivalent thermal conductivity model. The proposed model provides a calculation method for the thermal distortion analysis of heat pipes applied in the motorized spindle.     

紫铜板搅拌摩擦焊接温度场有限元分析

FSW传热过程直接决定工件所经历的热循环,进而影响焊接接头的微观组织和力学性能。同时温度场的分析对于预测接头残余应力和变形,以及焊缝区硬度都具有重要意义。本文在工艺研究基础上,分析了FSW的产热过程;根据搅拌头形状与尺寸,建立了FSW三维传热有限元模型。使用Ansys有限元分析软件,结合有限几个测量点温度变化的实验数据,对6 mm厚度紫铜板FSW焊接过程的温度场进行了有限元分析和计算,获得了该焊接过程的温度场分布与变化规律。计算过程中考虑了工件下表面与支撑板接触热传导对温度场的影响,以及温度对紫铜材料热传导系数的影响,有限元计算结果与实验测量结果接近。     

MEMS工艺微热管传热性能的定量分析

介绍了一种基于硅体加工技术以及阳极键合技术的微热管阵列.通过两种传热模型对微热管的性能进行了分析.利用传统热管理论及经典传热理论对传热性能进行定量计算,将传热过程逐步分解并建立传热模型,对热管热阻进行估算.这种较简易的分析模型可为热管设计提供初步的参考结果.再利用有限元法以同样的参数来模拟热管传热过程以得到更加精确的热阻及热场分布结果,采用Ansys软件来进行有限元的分析.     

一种弹载电子产品储热装置的设计与试验

为满足某弹载电子产品在高温环境中工作的需求,设计了一种储热装置对该产品进行有效温控。根据该产品的工作特性和相关技术要求进行储热装置的结构设计,分别用H62黄铜、5A06铝合金和泡沫铜基石蜡相变材料制作了具有同样结构外形的储热装置。设计制作与产品热耗一致的模拟热源用于储热装置的性能试验,对3 种储热装置的储热能力、导热能力等物理性质进行对比分析。结果表明,相变材料储热装置可以满足温控需求,并在储热能力和重量上有明显优势,值得在同类型产品平台中推广和应用。