微通道散热单元散热特性数值优化分析

文中为提升T/R组件散热能力,建立了组件内置微通道散热单元数值模型,对传热特性相关参数进行了数值仿真分析。 研究了微通道宽度、侧壁垂直度、流经长度等对芯片结温、压力损失的影响;对比了冷却介质初始流量、初始温度对散热特性的影响,并对实物样件的散热性能进行了测试对比。 结果表明,微通道宽度、侧壁垂直度、流经长度的参数优化组合可提升散热能力,降低流阻;微通道散热单元压力损失随着冷却介质体积流量的增大呈线性增大。本研究优选出最佳参数组合,为实物样件制造提供了设计依据,促进了微通道冷却技术工程化应用进程。     

相变传热微通道技术的研究进展

快速增加的系统发热已经成为当代先进微电子芯片系统研发和应用中的一项重大技术挑战.近年来,微通道相变传热试验和理论分析都证实了其具有高热流密度的传热特性,预示这一技术未来在电子通信、航空航天等产业领域的先进微系统散热/冷却应用上的巨大前景.对相变传热微通道研究领域的三个主要方面(微通道内微热流体动力学过程及传热机理、微通道结构与传热特性的影响关系、微通道结构(器件)的制造技术等)的最新研究进展进行了回顾与综述,探讨相关的理论基础和研究方法,并对这一研究领域的发展趋势做了分析和展望.     

平板微通道流动传热的粗糙元间距效应

微细尺度传热问题业已成为国际传热界的研究点,而壁面粗糙度对微细通道流动和传热特性有着重要影响。以粗糙平行平板微通道为研究对象,用三角形粗糙元模拟固体表面的粗糙度,通过采用CFD(computational fluid dynamics)流体固体共轭传热技术数值研究了粗糙元间距对平行平板微通道流动和传热特性的影响规律,同时研究了其间距对微通道流动的转捩雷诺数的影响规律;计算结果表明:随着三角形粗糙元间距的增大,粗糙平板微通道的阻力性能逐渐下降,层流向湍流转捩的雷诺数呈逐渐增大趋势,同时粗糙平板微通道的传热性能呈逐渐下降趋势。     

面向微细制造的微成形技术

综述了近年来微成形(微尺度金属零件和微结构金属零件成形)技术的发展概况，包括微成形工艺系统、成形中的微尺度效应、微尺度冲裁、挤压、拉深、超塑成形等工艺的试验和研究结果，以及已经提出和发展的考虑微尺度效应的各种力学本构模型，并简要介绍了微成形相关的工艺装备系统的发展现状，分析了微成形技术的发展趋势和经济潜力。     

金属微成形过程中微尺度效应与相似评估

微尺度效应是金属微成形过程中特有的现象,也是深入研究微成形工艺和微尺度变形规律的瓶颈问题。通过对大量试验结果的分析比较,提出将微尺度效应分为材料本征微尺度效应和工艺条件微尺度效应的新的分类方法;从微成形工艺系统角度出发,分析微尺度效应的动态性和相关性;从本构理论出发,分析产生微尺度效应的原因;在相似性科学的基础上提出了相似精度的概念,作为评估微尺度效应的相似性评价指标,并给出考虑动态性和关联性时的相似精度表述。利用已有的试验数据,举例说明以上评估指标和评估方法的应用,结果表明,所提出的微尺度效应分类具有实际工程意义,应用所提出的评估方法得出的结论与已有试验结果相吻合。这些关于微尺度效应的分类和评估方法还可推广应用到其他微系统的评估中。     

聚合物熔体跨尺度挤出过程的黏弹性流变特性

在聚合物熔体微尺度动态黏弹特性实验的基础上，基于分子理论建立了跨尺度挤出过程中的熔体黏弹特性微尺度效应流变模型。流变模型反映了流道特征对黏弹性流动过程应力状态的影响。微尺度效应弱化了熔体的黏弹性流变响应，促进了分子链松弛。模型的微尺度效应通过储能模量和耗能模量的微尺度效应系数及二者的比值表征。微尺度效应系数越小，特征尺度对黏弹特性的影响越显著；黏弹性微尺度效应系数比值越小，特征尺度对松弛过程的影响越明显。     

用于高功率二极管激光器散热的变截面微通道数值模拟与性能分析

对一种屋脊式变截面微通道冷却器中的微通道进行了分析,采用Fluent 6.1软件对其中的流体流动和传热进行了数值模拟,并分析了流速、微通道入口大小对冷却性能的影响.     

金属微通道结构UV-LIGA 精密成形技术研究

随着宽禁带功率芯片的使用,电子设备正朝着高性能化、高速度化以及高集成度化的方向发展,因此,高效散热问题亟待解决。微尺度通道内液体特殊的流动特性、尺度效应,可集中散发大量热量,为电子设备高效能散热开辟新的途径。文中针对金属微通道散热单元,开展金属微通道结构UV-LIGA 精密成形关键技术研究,突破了大厚度胶膜图形制备和铜微结构精密电铸成型技术难点,成功制备了特征宽度为100 滋m,深宽比不小于5 的铜质微通道基板样件,实现金属微通道构件高效率、高质量成形。     

微电子机械系统的力学特性与尺度效应

针对微电子机械系统（MEMS）材料的力学特性,工艺过程对力学特性的影响以及微执行器、微机器人的尺度效应等力学问题进行了研究。从力学角度提出了硅和常用的薄膜材料作为MEMS结构材料时应遵循的设计和加工原则,并系统地分析、归纳了静电、电磁、压电、形状记忆合金等各种微执行器的尺度效应特征。通过对机器蚂蚁、微型飞机、微型机器鱼等微机器人在微尺度下的动力学特性分析,得到微机器人在尺寸越小时越容易被驱动的结论,为设计和制作微机器人等复杂微系统提供了理论依据。     

平行微带谐振结构器件微尺度效应研究

研究了微尺度条件下射频微机械系统中平行微带谐振器件的相关效应.对该谐振器的表面粗糙度、导热率、电学尺度等因数引起的微尺度效应进行了分析,得出该结构相关微尺度条件下相关物理量的微尺度规律.在微尺度表面粗糙度条件下,对平行微机械微带结构谐振/滤波器的性能做出了分析,得出该器件在电磁、机械、几何等微尺度量影响下的一些性能指标,为射频微机电系统相关微尺度效应研究提供了理论参考.     

某数字T/R 组件液冷冷板的改进设计

文中针对某数字T/R组件出现的局部过热问题,对原有液冷冷板进行改进设计。组件加工工艺由传统的铣削加工改为一体压铸成型,冷板流道改为铜管嵌装结构,并引入微通道散热技术,分别设计直齿微通道散热模块和菱形柱微通道散热模块。测试结果表明:微通道散热模块对散热效果改善明显,可解决局部过热问题;引入微通道散热模块后冷板流阻有所增加,但在允许范围内;菱形柱微通道散热模块由于边界层重新发展和二次流的产生,散热效果比直齿微通道散热模块好,热流密度越高,改善效果越明显。文中数字T/R组件最终选用直齿微通道散热模块的流道结构。菱形柱微通道散热技术可在更高热流密度的情况下应用。     

一种微小通道换热器的设计和试验研究

目前阵列系统的集成度与功率越来越高,给电子元器件的冷却及可靠工作带来了严峻的挑战.文中主要介绍了一种针对高热流密度功率器件散热的微小通道换热器的理论计算和仿真分析过程,并进行了多方案的热性能测试试验.试验结果表明:该微小通道换热器在一定的边界条件下能够满足热流密度为200 W/cm2器件的散热需求和工程应用要求.     

基于MEMS技术的新型微冷却方式

针对高功率电子器件散热问题,介绍了国际前沿领域电子设备热控制的技术动态．讨论了基于MEMS技术的微冷却器有体积小,散热面积大,消耗功率低,批量制作经济性好等优点。分析了微通道、微喷流和微热管3种基于MEMS技术的新型微冷却方式的传热原理、目前的技术状况及应用前景微通道的采用增加了对流换热面积,提高了对流换热系数;微喷流冷却器中由于高速冷却液的形成,显著提高了换热系数;微热管均热效果极佳。     

某数字T/R组件微通道液冷冷板的热设计

文中针对某大功率数字T/R组件局部热流密度较高的特点,提出了微通道散热模块与蛇形流道相结合的散热方式,设计了带有微通道模块的液冷冷板,通过仿真分析优化了微通道模块的几何参数,并验证了液冷冷板的散热效果。结果表明：微通道模块对散热效果改善明显,可保障电子元件工作在允许的温度范围内。该设计方式值得在局部热流密度过高的液冷冷板设计中推广应用。     

微/小通道冷板在某型相控阵天线上的对比分析

微通道换热是近年来电子机械工程抗恶劣环境研究的热点之一。由于其具有良好的换热特性,现在逐渐被应用于高热流密度电子设备的冷却散热系统设计之中。相控阵天线具有热源集中、热流密度极高等特点。文中将新型微通道冷板与某型相控阵天线进行有机结合,提出了一种新的相控阵天线冷却方式。同时,通过基于有限体积法的仿真分析表明,微通道冷板相较于小通道冷板更有利于控制天线中T/R模块的温度。     

大热流密度电子设备的散热方法

随着当代电子技术的高速发展,电子产品的热流密度急剧升高,过高的温度对电子设备正常工作的影响也越来越严重,大热流密度对电子设备的冷却技术提出了更高的要求.文中针对大热流密度电子设备的散热方法,重点介绍了强迫空气冷却、热管、微槽道等现有的散热方法的工作原理、应用方式以及应用场合,并结合相关文献简要介绍了气体喷射冷却、喷雾冷却和热电制冷等新型散热方法在大热流密度电子设备中的应用发展状况.     

喷雾冷却冷板的设计与研究

随着电子元器件和雷达等设备功率密度的不断提高,传统的散热方式越来越难以满足要求,而喷雾冷却因其更强的散热能力在高热流密度散热领域受到广泛关注。文中基于喷雾冷却技术设计了一种集成微型旋流雾化喷嘴的喷雾冷却冷板,并通过一套自行设计的喷雾冷却热性能实验系统研究了冷板的换热性能及其影响因素。该喷雾冷却冷板可实现超过100 W/cm²高热流密度的散热能力,为未来雷达电子设备的冷却设计提供了新的思路,有着较好的应用前景。     

电子设备芯片沸腾换热应用试验研究

针对电子设备单芯片热耗超过500 W、热流密度超过50 W/cm²、单个机柜超过50 kW 的散热需求,采用沸腾换热结合微槽道的方法为大热耗、高热流芯片散热提供了新的解决方案。通过试验验证了微槽道与常规通道蒸发器的流动和换热差异。结果表明,微槽道相比常规流道,其散热温差降低了44%,细长结构的微槽道蒸发器能获得更优越的换热性能,流动沸腾换热系数可达2 ~ 3 W/(cm²·K)。     

微尺度受限冲击冷却通道换热特性研究

为了更进一步研究真实发动机尺寸下冲击通道的流动与换热情况,针对冲击孔与气膜孔组合形式的受限冲击通道,在保证与真实发动机工况相等的克努森数,通过实验研究与数值模拟研究,进一步解释了不同结构微小冲击通道的整体换热情况,结果表明,在相同的雷诺数下,冲击射流孔径越小,冲击靶面驻点区域内换热越强,冲击平均对流换热系数越大。孔间距越小,冲击靶面平均对流换热系数越大,并且随着射流冲击距的增大,换热减弱。     

关于微型齿轮尺度界定的讨论

微型齿轮并非传统宏观齿轮的简单几何缩小,当齿轮微小化后将面临微尺度效应的难题.提出微尺度应该与微尺度效应相对应,对微型齿轮的尺度进行界定,并按尺度对微型齿轮进行分类的观点.以前人的试验和研究的结论为依据,探索将微尺度划分为微小尺度、微细尺度、微纳尺度、超微纳尺度.对渐开线标准直齿圆柱微型齿轮进行尺度界定,按尺度将微型齿轮分为微小齿轮、微细齿轮、微纳齿轮、超微纳齿轮,指出各类微型齿轮在研究设计时应主要考虑微尺度效应.