内置微通道T/R组件壳体设计及试验研究

为了降低界面热阻对微通道散热性能的制约,提出了一种组件壳体内置微通道散热单元的设计架构,以满足新一代高功率芯片T/R组件的热控需求.对内置微通道的传热特性进行数值仿真分析,优选出最佳结构参数组合.基于优选设计参数,整合UV-LIGA微细加工技术、精密扩散焊接技术及微组装技术,完成内置微通道散热单元T/R组件的模拟样件研...     

微通道冷板的加工工艺及散热性能研究

文中阐述了微通道冷板的结构设计原则,给出了一种适用于微通道冷板的机械加工及焊接工艺方案.对冷板试验样件进行了焊接质量、密封性及强度检测试验,确定了其结构设计变量的合理取值.通过对比两种工艺性结构形式下冷板试验样件的散热性能数据,得到了微通道冷板焊接方案的选用方法,相关结论可为同类型的冷板设计提供工程设计参考.     

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。     

微通道冷板在有源相控阵天线上的应用

由于相控阵雷达热流密度的不断增长和较高的可靠性要求,其冷却技术也面临着极大的挑战,微通道散热技术成为应对这一挑战的新方法。文中分析了矩形微通道冷板的高宽比、通道宽度、流体入口速度和温度对其换热特性的影响,在此基础上得出矩形微通道冷板的一组最佳结构参数。相控阵雷达微通道冷板和普通S型冷板的散热效果比较表明,微通道冷板能更高效地对相控阵雷达进行散热,为相控阵雷达散热提供了一种新方法。     

三角形与梯形凹槽微通道流动换热特性试验研究

为研究壁面凹槽对微通道热沉流动和传热性能的影响，设计了两种侧壁具有不同凹槽结构的微通道热沉模型，以去离子水作为流体介质展开试验，并通过综合进出口压降、摩擦因子、加热面温度、努塞尔数和综合传热因子评价侧壁凹槽结构对流动换热特性的影响。结果表明，当凹槽开口长度同为1 mm、开口倾角同为25°时，三角形凹槽微通道的压降相对于梯形凹槽最高提高了9.36%；当加热功率同为240 W、入口温度同为20℃时，三角形凹槽微通道散热能力始终大于梯形凹槽微通道；当通道内雷诺数处于试验设定的500～3 500区间时，三角形凹槽微通道的流动与传热综合性能始终优于梯形凹槽微通道；设计微通道热沉侧壁凹槽结构应优先考虑三角形凹槽结构。     

计算机芯片的散热研究

论文针对计算机芯片的散热问题进行了研究,提出了一种采用微通道结构的散热系统设计方案,用热分析软件对微通道结构进行了数值仿真,并且指导了实验装置的设计。     

自相似结构微通道热沉内部流动特性及结构优化

电子设备高度集成化导致其发热功率同步大幅增加,需要更高效的冷却技术解决其散热问题。自相似微通道热沉(Self-similarity micro-channel heat sink,SSHS)是近几年提出的一种新型微通道换热结构,与一般的微通道热沉相比,具有更好的换热均匀性和更宽的适用性。利用数值方法对SSHS的一个完整工作单元内的流动过程进行了模拟计算,以进一步分析SSHS的综合性能,并在此基础上,改进和优化其结构参数。计算结果表明,SSHS内各溢流通道(微通道)间存在较严重的流量分配不均问题,改变溢流通道结构参数对其流量分配过程影响很小,流量分配不均是SSHS自身结构所决定的固有特性,通过将等截面分流通道结构设计改为渐縮式斜坡设计,可以减弱入口分流通道末端的滞止效应,从而可以大大缓解溢流通道间的流量分配不均匀性问题。优化计算结果表明,0.07～0.80 kg/h的流量范围内,当斜坡角度为5°时,可将溢流通道间的流量差由原来的数倍降至不超过35%,而平均流动阻力增加不超过10%。     

S型微通道散热模块传热性能研究

针对变频器发热的问题,提出一种S型微通道散热模块,并对其传热性能进行了理论分析,推导得出热阻与结构参数的数学关系式。利用Fluent软件,对S型微通道散热模块的结构参数进行优化,分析其对散热性能的影响,并进行了实验验证。研究结果表明,S型微通道散热模块可有效提升变频器的散热性能,较优的结构参数为:流道水力直径为1.4 mm、流道宽高比为3∶1、弯曲曲率半径为30 mm。将S型微通道散热模块与铜圆管铸铝散热模块进行了仿真及实验比较,结果表明前者基体平均温度比后者要低2.3℃,热阻降低了20.38%,说明S型微通道散热模块具有较好的散热性能。     

数值仿真技术在风力发电机机舱散热设计中的应用研究

为解决风力发电机组机舱内空气流动不合理及局部温度过高的问题,将数值仿真技术应用到风力发电机组机舱散热设计中。开展了机舱内热源散热形式和流动特性的分析,建立了简化的三维物理模型,提出了结合计算流体力学和热力学对系统进行数值仿真的方法,在CFD软件上对不同物理模型的散热性能进行了评价。研究结果表明,原模型机舱内空气流动不合理,核心区域无法得到冷却,导致局部区域温度过高;优化后模型对入口空气流量进行了重新分配,增大了核心区域冷却空气的流量和流速,同时实现了机舱整体温度的降低。     

芯片冷却用微通道散热结构热流耦合场数值研究

对4种微通道散热结构(平行结构、网格结构、螺旋结构和树型结构)在相等传热面积、相同边界条件下的流场与温度场进行数值研究。通过热流耦合场数值分析,得出了不同微通道散热结构的电子芯片温度分布和微通道内的速度场,分析了微通道拓扑结构对电子芯片散热效果的影响。使用平行微通道散热的芯片温度均低于80℃,其中有81%的面积在60℃以下;使用网格和螺旋散热结构的芯片最高温度均在90℃以上,其中温度在20～60℃之间所占比例分别约为62%和61%;使用树型微通道散热的电子芯片温度均低于70℃,其中有94%的面积在60℃以下,且温度分布最均匀。此外,芯片微通道内的流体平均流速大的微通道系统能带走更多的热量。     

某新型液冷机箱热设计的数值研究

针对目前机箱整体散热性能较差的问题,根据机箱内部安装插件热耗的不同,采用新型并联S型流道液冷散热模式。通过在冷板合适位置布置散热翅片,优化了流道的结构形式,成功设计了一款新型液冷机箱。利用数值模拟与试验相结合的方法对机箱散热性能进行分析,结果表明,新型并联S型流道设计改善了流道流场,提高了上、下冷板的传热系数,使机箱的整体散热能力得到了有效增强。同时,该机箱将三维立体流道降为二维平面流道,成型简单可靠,从而使机箱具有更高的环境适应性。通过热设计分析可知,该液冷机箱可容纳多个高热流密度的插件,具有一定的工程应用价值。     

Heat transfer characteristics of gaseous slip flow in a micro-channel

Two-dimensional compressible momentum and energy equations with slip boundary conditions are solved to obtain the heat transfer characteristics of gaseous slip flow in a micro-channel with CWT (constant wall temperature) whose temperature is lower or higher than the inlet temperature (cooled case or heated case). The numerical methodology is based on the Arbitrary-Lagrangian-Eulerian (ALE) method. The stagnation temperature is fixed at 300 K and the computations were done for the wall temperature which ranges from 250 K to 350 K. The channel height ranges from 2 to 10 μm and the channel aspect ratio is 200. The stagnation pressure is chosen in such a way that the exit Mach number ranges from 0.1 to 0.7. The outlet pressure is fixed at atmospheric condition. The bulk temperature and the total temperature of the heated case are compared with those of the cooled case and also compared with temperatures of the incompressible flow in a conventional sized channel. Heat transfer characteristics of the gaseous flow are different from those of the liquid flow. And they are also different from each cooled and heated case. A correlation for the prediction of the heat transfer rate of the gaseous slip flow in a micro-channel is proposed.     

基于Icepak 的水冷板散热器性能研究

文中采用Icepak 数值模拟的方法,研究不同结构形式的水冷板散热器的换热性能与压力损失,分析了并联流道截面积、流道布局对换热性能与压力损失的影响。结果表明:并联形式的水冷板散热器3的换热性能最好,且压力损失适中。当分流道截面积逐渐增大时,水冷板散热器3 的换热性能及压力损失逐渐降低。而当分流支路当量直径较大时,主管路的压力损失占主导,各分流支路流量受主管路压力损失控制,则此时各分流支路的流量分配不均匀,越远离入口处的分流支路流量越小。     

机载风冷机架高散热性结构设计与验证

文中针对某机型机载设备现场可更换模块（Line Replaceable Module, LRM）结构存在的模块温度过高的问题,提出了一种可提高模块冷却效率和设备集成度的高散热性风冷机架,以此实现机载设备的易散热性和高度集成性。通过设计机架活动风冷隔板结构,改善了冷却风的流动形式,缩短了高热耗LRM 模块的传热路径并减小了散热热阻,提高了模块的散热能力,进而提高了机载设备的集成程度。对风冷机架进行实物制造并开展结构热测试,所得验证结论证明了本文研究内容的正确性和可行性。     

高热流密度功放芯片冷却用两相流技术研究

功放芯片是现代雷达和电子战设备最重要的发热器件,其中Ga N芯片在T/R组件中得到了越来越广泛的应用。文中针对Ga N芯片热耗大、热流密度高等特点,探讨了从两相流冷却技术角度解决散热问题的工程可行性。分析了两相流冷却原理,提出了用菱形肋微通道冷板来强化对流沸腾换热的方法,并搭建了试验系统对散热性能进行了测试。试验结果证明了两相流冷却技术应用于高热流密度功放芯片散热的有效性和可行性,为未来高热流密度功放芯片的散热提供了可行的解决方案。     

集成固相焊接方法在液冷板制造中的应用

为了提高6063铝合金翅片式大宽度流道液冷板的散热性能和焊接可靠性,满足雷达系统功放组件高集成、大型化带来的热耗快速增加的散热需求,文中提出采用2种固相焊接方法(扩散焊和搅拌摩擦焊)集成完成液冷板的制造方案,明确了集成焊接方法的工艺性结构设计要求,验证了工艺制造路径,仿真分析了集成焊接方法对结构刚性的影响。结果表明,集成焊接方法能够实现液冷板的高质量焊接,焊后结构刚性得到大幅提高。某功放组件采用集成固相焊接方法成功成型了液冷流道,其焊接质量满足设计要求,在1.5 MPa服役压力下的流道表面变形量仅为0.015 mm。     

基于有限元的阀组件单级散热模块数值分析

简述了阀组件单级散热模块的外部模型、内部水路的物理模型和电子元件的分布。在理论计算分析的基础上,采用有限元的方法进行数值模拟,从而得到不同流速下的流阻和热阻,分析得到最佳冷却流速。借助有限元流体分析软件,得到了阀组件的温度场和流场,分析结果能够较真实地反映出散热模块的温度分布梯度、内部流场的温度梯度以及压力损失梯度。研究结果不仅为后续多级散热模块串联提供了理论基础,而且对散热器的设计和优化具有一定的指导意义。     

The effect of cooling conditions on convective heat transfer and flow in a steam-cooled ribbed duct

This work presents a numerical and experimental investigation on the heat transfer and turbulent flow of cooling steam in a rectangular duct with 90° ribs and studies the effect of cooling conditions on the heat transfer augmentation of steam. In the calculation, the variation range of Reynolds is from 10,000 to 190,000, the inlet temperature varies from 300°C to 500°C and the outlet pressure is from 0.5MPa to 6MPa. The aforementioned wide ranges of flow parameters cover the actual operating condition of coolant used in the gas turbine blades. The computations are carried with four turbulence models (the standard k-?, the renormalized group (RNG) k-?, the Launder-Reece-Rodi (LRR) and the Speziale-Sarkar-Gatski (SSG) turbulence models). The comparison of numerical and experimental results reveals that the SSG turbulence model is suitable for steam flow in the ribbed duct. Therefore, adopting the conjugate calculation technique, further study on the steam heat transfer and flow characteristics is performed with SSG turbulence model. The results show that the variation of cooling condition strongly impacts the forced convection heat transfer of steam in the ribbed duct. The cooling supply condition of a relative low temperature and medium pressure could bring a considerable advantage on steam thermal enhancement. In addition, comparing the heat transfer level between steam flow and air flow, the performance advantage of using steam is also influenced by the cooling supply condition. Changing Reynolds number has little effect on the performance superiority of steam cooling. Increasing pressure would strengthen the advantage, but increasing temperature gives an opposite result.