太田痣激光手术中瞬态制冷剂喷雾冷却性能与光衰减特性研究

太田痣激光热疗的原理是用激光能量崩解真皮增生的黑色素,但表皮正常黑色素同样吸收激光能量,需要对其进行预冷却以避免热损伤。已经成功应用于辅助治疗葡萄酒色斑的瞬态制冷剂喷雾冷却很有潜力,但需进一步提高冷却能力并缩短液膜残留时间以避免对激光能量的衰减和皮肤感染。具有低沸点、高潜热、低全球变暖潜能值的R-32制冷剂有望成为R-134a和R-404A制冷剂的替代品。搭建了制冷剂瞬态喷雾冷却与激光能量衰减测试系统对喷雾冷却性能开展了实验研究。R-32制冷剂喷雾冷却下的热流密度峰值最大(519.0 kW·m^-2)且液膜残留时间最短（142 ms）,对755 nm和1064 nm的激光能量衰减最小。在喷雾开始63 ms后,R-32制冷剂喷雾对1064 nm激光的能量衰减小于6%。R-32制冷剂喷雾的冷却能力强,液膜残留时间短,对激光衰减小且对环境友好,表明R-32制冷剂具有较好的临床应用潜能。     

激光手术喷雾冷却中R404a液滴的蒸发特性

制冷剂低温喷雾冷却是激光治疗葡萄酒色斑的主要辅助手段,可以有效保护表皮不受热损伤.目前采用的R134a制冷剂不易抵消深色人种皮肤的黑色素对激光能量的大量吸收,采用沸点更低的R404a制冷剂可以更好保护黄色与黑色人种的皮肤.针对单个液滴建立了蒸发过程的理论模型,水滴蒸发实验的预测结果与实验结果非常吻合,验证了模型的有效性.利用该模型比较了R404a液滴与R134a液滴的蒸发冷却效果,发现R404a液滴可以达到更低的温度.分析了不同初始直径和环境蒸气质量分数对R404a液滴蒸发特性的影响,所得结果对于黄色和黑色人种激光手术治疗鲜红斑痣的制冷剂喷雾手术有参考价值.     

激光手术中喷嘴尺寸对制冷剂闪蒸喷雾冷却表面传热特性的影响

制冷剂闪蒸喷雾冷却(CSC)已经成为激光治疗葡萄酒色斑等皮肤病手术中的标准冷却辅助手段。为优化喷嘴设计,进一步增进冷却效率和改善治疗效果,搭建了制冷剂闪蒸瞬态喷雾冷却实验台,设计了8个不同内径和长度的直管型喷嘴,采用先进的磁控溅射沉积薄膜热电偶测温方法,应用杜哈梅尔定理计算表面热流密度,定量研究了不同喷嘴对冷却表面传热特性的影响,并对其传热规律和雾化特性进行了系统的分析比较。此外,提出了评价喷嘴冷却效率标准,给出了采用不同几何尺寸喷嘴时冷却表面换热量随喷雾距离的变化规律。     

添加表面活性剂的喷雾冷却实验研究

建立了双喷嘴喷雾冷却实验与测量系统,以去离子水为工质,对喷雾冷却的影响因素进行了实验研究.结果表明,喷雾冷却具有很强的换热能力,适用于低表面温度、高热流密度的微电子和光电子元器件冷却;工质进口温度不变时,随工质流量增大,系统换热能力提高,热表面温度降低;喷嘴高度对冷却效果有很大影响,实际过程中存在一个最佳喷射高度;在工质中适当添加表面活性剂(SDS)可以提高换热能力,降低热表面温度,表面活性剂浓度对于喷雾冷却的换热效果有很大影响.     

高功率固体激光器用一体化制冷喷雾冷却系统实验研究

为改善高功率固体激光器的散热性能,以R600a为冷却工质,将制冷系统和喷雾冷却系统相结合,设计了一体化制冷喷雾冷却系统,并进一步研究了热流密度、蒸发压力、喷嘴进口压力对换热性能的影响。实验中在123 W/cm2的热流密度条件下,可保证热沉表面温度低于60℃;在喷嘴进口压力350 kPa,蒸发压力185 kPa的条件下换热系数可以达到25000 W/(m2.K),在热流密度130 W/cm2时,热沉表面温度标准差为2.5℃。结果表明,该系统能够获得较低的热沉表面温度、温度分布均匀并且具有较高的换热系数,能够满足高功率固体激光器对散热的需求。     

喷雾冷却临界热流密度模型及其影响因素研究进展

喷雾冷却是解决电子元器件等高热流密度散热问题的关键技术。CHF(临界热流密度)对应着喷雾冷却换热曲线的最高点,代表了喷雾冷却的最大换热能力,对指导喷雾冷却的实际应用和偏小冷却系统体积均具有重要意义。本文综述了国内外现有的CHF理论模型和经验模型,分析了喷嘴特性、喷雾倾角、热源表面结构和循环工质类型对CHF的影响,指出了今后的研究方向。     

含有添加剂的喷雾冷却研究进展

喷雾冷却是解决电子元器件等高热流密度散热问题的关键技术。综述了在纯工质中添加纳米颗粒、表面活性剂、可溶性盐和气体以及醇类等添加剂对喷雾冷却换热性能的影响,介绍了不同类型添加剂影响换热的机理和限制换热的因素,并提出了一些可行的解决方案。指出了对含有添加剂的喷雾冷却的研究方向和应用前景。     

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.     

光伏型长波HgCdTe红外探测器的数值模拟研究

报道了光伏型长波Hg1-xCdxTe(x=0.224)n-on-p红外探测器数值模拟研究的结果.采用二维模型,在背照射方式下,以p区厚度、两电极间距离、结区杂质浓度分布、少子寿命为参量,模拟计算了R0A积、零偏光电流与这些参量之间的变化关系.计算表明,随p区厚度增加,R0A积下降;R0A积随电极之间距离增大而增加,但量子效率随距离增大而降低,电极之间最佳距离大约为100μm;R0A积和光电流对结区杂质浓度分布形状不敏感;随少子(电子)寿命降低,R0A积和光电流下降.二维模型弥补了一维模型难以计算横向电流、电场的缺点.     

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。     

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。     

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。     

黑色素形态分布对血管性皮肤疾病激光热疗参数选取的影响

根据表皮内黑色素的产生及迁移特点,提出10种黑色素形态分布假设,采用两尺度皮肤传热模型研究黑色素形态分布、激光脉宽、病变血管尺寸和深度等参数对激光治疗葡萄酒色斑过程中表皮层和血管能量阈值的影响。结果表明,黑色素分布对表皮能量阈值影响较大,对血管无明显影响。黑色素分布越均匀,血管尺寸越小、埋藏越浅,则血管性皮肤疾病疗效越好。黑色素仅分布于表皮基底层时,应适当延长制冷剂喷雾时间。血管性皮肤疾病达最佳疗效前提下,黑色素分布越均匀、血管尺寸越大,应选取接近病变血管热弛豫时间的较长脉宽(15~20ms)激光;血管尺寸越小,埋藏越深,皮肤激光手术中应选取较短脉宽(小于5ms)激光。     

艾里-高斯光束在高斯型PT对称介质中的传输与控制

以非线性薛定谔方程为理论模型，研究了艾里-高斯光束在高斯型PT(Parity-time)对称介质中的传输与控制。详细分析了高斯型PT对称介质的特征参数(调制深度P、调制因子ω、增益/损耗系数W₀)和艾里-高斯光束的特征参数(截断系数a、分布因子χ₀)对艾里-高斯光束的传输特性的影响。结果表明：在高斯型PT对称介质中，艾里-高斯光束可以形成振荡孤子，且可稳定传输。孤子的峰值强度随P、W₀、a的增大而增大，随ω的增大而减小；振荡周期随P和ω的增大而减小，随W₀的增大而增大。当χ₀增大时，在0<χ₀<0.55范围内，孤子的峰值强度变化不明显；当χ₀>0.55时，孤子的峰值强度迅速减小。该研究结果可为孤子在复杂非均匀介质中的传输及全光控制方面的应用提供理论基础。     

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.     

基于无量纲工艺图的激光熔化沉积制备Ti6Al4V工艺与性能研究

如何高效获取合适的工艺参数进行激光熔化沉积（LMD）制造高性能零件是一项艰巨的挑战。提出了一种有效进行参数选择的方法,建立了基于LMD工艺的无量纲参数组,利用文献中获取的LMD工艺数据构建无量纲工艺图,确定了本试验LMD制备Ti6Al4V的工艺范围。利用正交试验研究了不同激光功率q、扫描速率v和扫描间距h组合下的无量纲等效能量密度E^*₀对LMD制备Ti6Al4V块状试样组织和性能的影响。结果表明,LMD制备的试样呈现出明显的柱状晶外延生长特点,柱状晶的宽度随E^*₀增加而增大。在通过无量纲工艺图确定的最优参数E^*₀=3.74下LMD制备的Ti6Al4V试样无熔合缺陷,硬度为391.7 HV,抗拉强度为963 MPa,延伸率为13.4%。结果表明,利用构建的无量纲工艺图缩小工艺参数范围,可以获得综合力学性能优良的样件。     

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)。     

在稀薄气流中用红外热图测量中低量值热流

在分析高高空热流测量需求基础上,针对高超声速飞行器稀薄气流地面试验热流量值小等特点,从满足模型壁面定常热流假设和一维半无限大假设条件、减小试验模型侧向导热误差和控制试验模型表面温升等方面分析了试验模型加热时间对热流测量的影响。其次选择较低热扩散系数模型绝热材料、采用瞬变平面热源法提高试验模型材料热物性参数标定精度、采用漫反射补偿等提高发射率测量精度等手段,提高中低量值热流测量精度。最后,在利用薄壁量热法获得模型表面热流时,测量MW/m2量级热流是把热电偶焊接在试验模型内壁面,而用红外热图及测量几kW/m2到几百kW/m2量级热流是测量模型外壁面热流,为了对这三者结果进行比较,在马赫数 Ma 为 12、试验总压 P₀ 为4.2 MPa、试验总温 T₀ 为700 K的试验状态下,用热电偶与红外热图同时测量了双锥薄壁模型不同点的热流,结果表明:红外测热结果与热电偶测量外壁面结果更接近,热电偶布置在外壁面位置所获得的热流大于布置在内壁面位置所获得的热流,模型加热时间对不同量值热流测量的影响是不同的。     

大功率激光器喷雾冷却中无沸腾区换热性能实验研究

以水为冷却介质,采用雾化角60°的Steinen系列1.5和2.0实心圆锥喷嘴,研究不同流量(3.26～5.0 L/h)时大功率激光器喷雾冷却中的换热性能.结果表明,喷雾冷却"无沸腾"区换热性能不能简单以流最大小来衡量;对于同种型号喷嘴,压力,流量增大会导致换热性能增强;但对不同型号的喷嘴,增大压力与流量不能明显增强换热能力.在液滴喷射速度变化不大时,由于流量增加会引起液滴数通量、液滴粒径大小、液膜厚度等喷雾参数的变化,这些参数共同影响着换热.冷却效率主要受液体流量和液滴喷射速度共同影响.对于同种型号喷嘴,压力增强冷却效率下降.相对于光滑表面,粗糙换热面在喷雾冷却"无沸腾"区有着更好的换热性能和冷却效率.     

飞机蒙皮激光除漆对基材表面完整性的影响

为了验证激光清洗飞机蒙皮表面漆层的可行性，阐明漆层清除对基材表面完整性的影响，采用脉冲光纤激光器在12.89～25.48 J/cm²能量密度下对2024铝合金飞机蒙皮开展了除漆实验，研究了除漆效果、基材表面形貌、粗糙度、显微硬度及微观组织特征的变化规律，利用Ansys Workbench软件模拟分析了温度场分布对除漆效果和基材表面完整性的影响。结果表明，随着能量密度的增大，残漆率降低，基材表面粗糙度(S_a)和峰谷高度差(PVHD)增大，显微硬度小幅提升，同时表面晶粒细化，位错密度增大，强化相σ(Al₅Cu₆Mg₂)析出，当能量密度大于22.90 J/cm²时，漆层彻底清除。在22.90 J/cm²的能量密度下，漆层与基材交界处的温度为415.46℃，低于基材的初始熔化阈值，基材表面未发生明显的塑性变形，PVHD为8.28μm，显微硬度相较于原始试样提高了2.8%，获得了良好的表面完整性。研究结果为提升激光除漆技术在航空工程领域中的应用...