光谱成像仪CCD组件的热分析及验证

光谱成像仪是集多光学通道和多探测器于一身的复杂的空间光学遥感器,其成像器件CCD热设计的好坏直接关系成像的质量.本文根据CCD组件具有体积小、发热量高、升温速度快等特点,提出了CCD组件的热设计原则,解决了热设计中的关键问题,给出了相应的热设计方案.按照CCD器件的导热路径,通过简化的热阻分析模型,计算得出了CCD器件的沿程总热阻为1.291 ℃/W.应用IDEAS-TMG对此组件进行了仿真分析,分析显示其达到了热控设计的指标要求.最后对热设计方案进行了试验验证,结果表明,热设计中采用的热控方法有效控制了CCD组件工作过程中的温度过高及温升速率过快的缺点,其升温速率为0.6 ℃/min,两次试验中最高温度分别为33.6 ℃和26.2 ℃.     

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。     

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。     

三维互联宽带数字收发微系统热设计

为了提高三维互联微电子系统可靠性,展开微系统高效热管理研究并提出适应系统的热设计方案。针对三维构架下的宽带数字收发微系统,通过分析不同层间功率器件的传热路径和热阻组成,提出了节点优化的高效热管理方案,并采用热仿真软件分析了方案散热性能与系统热分布。发现系统最高温度出现在最不利传热路径上,器件最高壳温不超过80℃,满足微系统稳定运行的要求。该结果表明,对三维互联构架下关键传热材料与传热界面的优化设计可以有效降低路径上综合热阻,维持较低器件温度,满足设备工作需求。     

接触热阻效应下的数控机床主轴系统热态特性

为了更为精确地获取数控机床主轴系统的热态特性,基于W-M分形函数与赫兹接触理论获取主轴系统的接触热阻,并在综合考虑机床热源、传热系数计算等因素影响的情况下,建立了主轴系统热态特性分析模型。通过有、无加载接触热阻的主轴系统模型仿真分析与实验研究可知:有接触热阻的主轴系统热态特性模型相较于无热阻的有更高的精度。有接触热阻的主轴系统热态特性模型仿真结果与实验测点获得的温度结果最大绝对误差和相对误差分别1.25℃、4.74%,而热变形结果的绝对误差和相对误差分别为0.73μm、4.27%。该研究为数控机床的热设计与分析提供了参考。     

外露式星载光机电设备热设计的间接验证

星载光机电设备兼有光学系统和运动机构的特点,前者温度指标要求高,后者构型复杂并且相对星体其他部分运动,这给热设计的验证带来困难。文章以光机电设备激光通信终端为例,提出了热设计的间接验证方法,即通过地面试验数据修正热分析模型、再由热分析模型预示在轨温度,进而验证热设计。设计了热平衡试验,并根据试验结果修正了模型,修正后的试验模型计算结果与试验结果基本一致,81%的测温点偏差小于5℃,模型较好地反映了真实的热物理状态,其预示的在轨温度可用于验证热设计。对比了轨道计算温度与飞行温度,81%的测温点偏差小于4℃,证明了间接验证方法的正确和有效,满足星载激光通信终端的应用要求。所述的验证方法显著降低了热试验的难度,对多姿态与高温度指标的光机电设备具有借鉴意义。     

某水下电子设备的热设计及仿真

某电子设备为水下密闭长期使用,维护不便,要求其具有极高的可靠性,对该设备的热设计提出了很高的要求.以该设备为研究对象,通过热仿真分析,预测设备在最高25℃海水条件下的内部温度分布,并进行优化设计.首先,根据结构设计方案以及器件参数建立热仿真模型,并进行仿真和设计优化.然后,对实际样机进行回归测试,验证和进一步优化仿真模型和参数,提高仿真的精确度.     

某雷达户外型电子柜散热问题分析与整改

某雷达户外型电子柜内安装有含高热流密度插件的分机,并配置液冷换热冷却设备,这些分机是保证雷达正常工作的核心设备单元.该雷达在试验运行过程中出现分机内插件温度过高停止工作的现象.文中通过对电子柜内各设备热环境及散热路径进行理论热计算,运用实测数据与仿真分析计算相结合的方式进行详细的热分析,定量分析原设计的不足,提出了整改措施,为解决此类户外型电子设备热设计问题提出了一套较为完整的思路方法.     

广角极光成像仪滤光片的热设计及试验

针对广角极光成像仪对其光学系统温度的特殊需求,对成像仪使用的高温滤光片进行了热设计及相关试验。介绍了广角极光成像仪的光机结构,尤其是滤光片组件的结构。通过建立传导和辐射热阻的计算方程组,分析了由滤光片到镜筒整个换热路径中存在的热阻及其影响因素。然后,以影响热阻的因素作为设计变量,分析了影响镜筒温度的敏感变量。最后,提出了高温滤光片的热设计方案。真空验证试验表明:在高温和低温两种极端工况下,滤光片温度水平分别稳定在105.8℃和138.2℃,其控温准确度优于±2.5℃,控温稳定度优于0.75℃/min;反射镜组和探测器窗口温度水平和温差都满足热控指标。得到的结果显示,基于热阻和温度灵敏度分析的设计方法,能够快速明确影响热阻的敏感设计变量,减少设计过程的盲目性。空间高温滤光片的热设计满足了光学系统的要求,保证了广角极光成像仪滤光片组件与反射镜之间的温差。     

基于热网络法的电主轴热结构耦合计算

为了更准确地对电主轴系统进行温度场的预测,建立了综合考虑接触热阻、轴承热变形和气隙变化等因素影响的热网络模型和热结构耦合热网络瞬态温度平衡方程(简称热平衡方程)。首先计算了接触热阻、轴承热变形、电机的定子与转子由于热变形导致的气隙变化以及电机与轴承的生热;然后选择电主轴主要部件作为温度节点,建立了电主轴系统的热网络模型及热平衡方程;最终通过MATLAB软件编程进行热平衡方程的求解,得到电主轴各主要部件的瞬态温度变化情况,通过不断更新接触热阻、轴承生热和电机生热等热特性参数,对电主轴进行温度和结构变形的耦合计算。计算结果表明:在达到平衡状态前,电主轴运转的时间越长,轴承的温度越高,轴承生热功率越低;电机温度随对流换热系数增高而降低;考虑热特性参数变化的热计算所得到的结果更加准确。通过与相同条件下的热结构耦合仿真结果进行对比表明,该热网络瞬态温度模型(热网络模型)可以正确预测温度场分布。     

一种用于高热功率密闭计算机散热的环路热管系统

工作在潮湿、粉尘、腐蚀等恶劣环境下的电子设备需要密封,当机箱内部元器件的总发热功率过高时急需一套有效的散热系统来保证该电子设备安全稳定地工作.文中设计了一种环路热管系统.该环路热管系统的蒸发段位于密闭机箱内部,通过工质的相变源源不断地将元器件的热量传递到位于机箱外侧的冷凝段中.若PCB上电子元器件的结温低于其上限值,则该环路热管散热系统满足要求.理论计算和数值计算表明,该环路热管散热系统能够很好地保证高热功率密闭计算机安全稳定工作.     

VPX架构下高热流密度电子设备热设计

随着电子设备的国产化、小型化以及各种功能的进一步集成,其热流密度不断增大,对电子设备的热设计提出了更高的要求。文中基于VITA48.2定义的VPX模块进行电子设备整机热设计,提出了一种满足高热流密度VPX模块散热要求的整机结构形式,分析了该种散热结构的热阻网络,并通过6sigma软件进行了热仿真分析,根据仿真结果优化热设计方案,提高散热效率。文中的热设计方案及仿真结果可以为类似的风冷机箱热设计提供有效的参考。     

某高空高速无人机载电子设备热设计试验研究

文中研究了某高空高速无人机载电子设备的热设计问题。针对某高空高速无人机上冷却资源稀缺的特点,提出了结构热惯性和液氮冷却相结合的冷却方式,并设计了2种冷却单元的结构形式。通过实验研究,得到了不同供液工况下的电子设备温度分布,并分析了液氮消耗量对单元温度分布的影响。结果表明：在极少的载机冷却资源条件下,该热设计方式仍可以保障电子设备工作在允许的温度范围内。该设计方式可以供类似热设计参考。     

某地面电子设备的热设计

文中结合设备实际,阐述了某地面电子设备的热设计,提出了一种理论分析与软件仿真相结合的设计方法。通过理论分析与计算确定机箱的结构模型,选择合理的散热方式,确定散热布局,并选择风机。文中还详细介绍了利用Icepak软件对该散热方案进行建模、环境参数设置、网格划分和求解等仿真计算的过程,根据仿真结果确认设计的有效性。这种理论计算与软件仿真相结合的设计方法,能明显提高设计效率,是一种有效的设计方法,对电子设备的热设计具有一定的参考价值。     

参数化机械密封中静环摩擦副相容性设计方法*

高温、高压、高速等极端工况对机械密封的设计提出了更高的要求,在对高参数机械密封结构、使用工况及受损件分析的基础之上提出静环摩擦副的相容性设计方法。该方法的核心是在设计过程中考虑机械密封静环摩擦副石墨和不锈钢的相容性问题,相容性的判断依据是石墨环所受热应力是否超过其机械强度许用值。建立静环摩擦副的有限元仿真模型,通过实例对静环摩擦副的相容性问题进行了说明。研究结果表明：通过相容性设计可以调整机械密封静环摩擦副石墨环所受的热应力,减少高参数工况下机械密封失效问题的发生。     

电子设备热设计中高效导热垫的选型方法

文中针对电子设备热设计中高效导热垫选型缺乏理论计算的现状,提出了基于导热垫厚度和导热系数计算的导热垫选型方法。该方法以热源与散热板的间隙尺寸链为基础,通过尺寸链公差和导热垫压缩量的关系,推导出导热垫厚度计算方法;通过自然对流散热理论,计算散热板的温度,再以单层平壁导热理论给出的导热系数与温差公式为基础,提出导热系数的计算方法,进而确定导热垫的型号。最后用实例详细介绍了电子设备热设计中导热垫的选型方法,并通过仿真验证了该方法的合理性。     

某伺服控制模块热仿真分析及优化设计

随着芯片的集成度和功率越来越高,模块级电子设备的热设计问题日益突出.文中利用Icepak软件对某伺服控制模块进行热设计.基于热分析理论,在模块上加工散热翅片,并分析不同翅片厚度和翅片间距对温度分布的影响,最终得到满足温度要求和加工要求的热设计.结果表明,散热翅片可以在不增加额外冷却设备及不增大模块外形尺寸的前提下有效降低模块整体温度.文中的分析方法可为模块级电子设备的热设计提供参考.     

电子设备方舱热学分析

电子设备方舱热设计对机动式指挥通信系统的可靠性影响很大,而现行的方舱热设计方法存在缺陷,不能准确计算方舱所需的能耗。文中分析了现行热设计计算方法的不足,通过对方舱进行热学动态特性分析,推导出更为精确的计算公式,可提高电子设备方舱的热设计水平。     

一种新型相变散热器设计

对于短时或间歇性工作的大功率电子设备,特别是工作在临近空间的电子设备,利用相变材料进行散热是一种比较有效的冷却方式。但常用的相变材料导热系数比较低,必须采取各种措施强化相变材料的导热性能。文中在分析相变散热器中强化传热措施的基础上,针对小型轻量相变散热器的设计要求,设计了一种易于加工的内嵌螺旋形翅片的相变散热器。通过对散热器进行简化,计算了翅片间距。加热实验证明,所设计的新型相变散热器能很好地满足设计要求,螺旋形翅片能明显增强相变材料的导热性能,改善相变散热器的内部温度均匀性。     

基于DSP的微通道温度控制器设计

针对电子信息设备抗恶劣环境问题，提出主动热控制策略，研究了基于DSP的微通道温度控制器。实时监测电子设备的工作温度，及时进行修正，以达到对温度的精确控制。该控制器可用于电子信息装备的热控制工程中。