高热流密度功率器件热设计及实验研究

雷达系统中的DAM模块发热量大,热流密度高,其散热性能直接影响功率器件运行的可靠性。对从功率器件到散热器之间的传热路径以及散热器风道侧参数进行优化设计,确定在热源上焊接铜板以降低热流密度、选择导热性能优异的界面接触材料、冷板局部焊接铜板以减小平面方向温度梯度、增加散热器翅片高度和加密散热器翅片排布等优化设计方法改进常规风冷散热方案,并对优化后的风冷散热方案进行实验研究,实验结果与仿真结果相吻合,验证了风冷散热优化方案的可行性。     

基于构形理论的体点问题

基于构形理论对均匀内热源单点冷却的体点问题进行重新优化.沿用近似解法中"高导热通道上热流密度线性分布"的简化,采用常规方法而非近似解法中的等效导热系数法,对高导热通道的分布进行重新优化,得到与精确解法相一致的优化结果,从而证明了近似解法产生较大偏差的原因并不是高导热通道上热流密度线性分布的简化.按照等效前后最大温差相等的原则,对近似解法中提出的等效导热系数重新进行推导,推导出不同的等效导热系数.将该等效导热系数替代近似解法中的等效导热系数,得到与精确解法相一致的优化结果,从而证明了原等效导热系数并不等效,而这也正是近似解法产生偏差的原因.在澄清近似解法产生偏差原因的同时,找到一个既与精确解一致又相对简便的解法.     

热质

热是介质分子无规运动的能量.按爱因斯坦的质能关系式可求得热能所当量的质量,称为热质.从参量热流密度中可导出热质速度,建立了声子气(热质气)的状态方程后可求得热质运动的驱动力.鉴于热量在介质中传递本质上是热质在介质中的运动,所以基于热质守恒与热质动量守恒的热质运动方程,能普适地描述热量传递过程,因此它就是普适导热定律.当热流密度不是很大时,普适导热定律退化为傅里叶导热定律:当瞬态热流很大但忽略空间惯性力时,普适导热定律退化为CV(Cattaneo-Vemotte,CV)模型;而当稳态热流密度很大时,普适导热定律退化为有空间惯性力项的稳态导热定律,它表明稳态导热情况下也会出现非傅里叶导热.     

自润滑活塞环导热特性研究

针对自润滑活塞环的摩擦热失效问题,通过建立二元填充体系导热系数计算有限元模型,研究了18组不同配方填充材料对自润滑活塞环导热系数的影响。研究结果表明复合材料导热系数与填料相含量成正比;填充颗粒形状及取向对复合材料导热系数影响较大,沿热流方向的颗粒特征长度越大,复合材料导热系数就越高。     

微电路热阻45°计算法

微电路的热扩散是一个很复杂的过程。内热阻的计算基本上有三种方法:一维导热法、解析法和45°扩散法。45°扩散法认为热流是以45°的扩散角从热源向导热体扩散开来的。因计算结果和实测值颇为接近,所以常为人们采用。本文结合具体厚膜组件,详细地介绍了热阻的计算公式、平均热流通路概念,以及热流通路互相覆盖时热阻的计算和梁引线的热分析。     

导热模块在热设计中的应用

本文介绍导热模块（ＴＣＭ）的结构特点和热性能评价,这种以导热和对流方式组合的冷却模块,其传热功率已达７００Ｗ以上,芯片级的热流密度达２８Ｗ／ｃｍ＾２。ＴＣＭ有效地解决了目前大容量,高速电子计算机的冷却问题,ＴＣＭ的应用前景十分看好。     

弹载电子设备相变热沉装置散热性能研究

文中介绍了一种用于弹载电子设备的相变热沉装置的设计方法及试验研究。通过实验对比了电子模块在采用相变热沉装置、铝块和无热沉3种情况下的工作温度曲线,同时对比分析了相变热沉装置在不同热流密度下的工作特性。结果表明,当热源热流密度较小时,相变热沉装置具有明显的减缓热源升温的作用,对比铝块热沉具有明显的散热功效。而随着热流密度的增加,其散热优势逐渐减弱。同时,填料相变温度点的选取和导热增强体的设计,对相变热沉装置的散热性能有很大的影响。     

石蜡类功能热流体的研究进展

对潜热型功能热流体中石蜡类功能热流体的研究进展进行了综述,重点介绍了目前研究广泛的石蜡类功能热流体的制备、性能、应用及存在的问题,指出相变微乳状液是石蜡类功能热流体在传热与储能领域应用的发展方向,具有重要的研究、应用价值。     

基于构形理论的变断面导热通道体-点导热优化

根据构形理论体-点导热模型,对均匀内热源单点冷却控制体进行构形优化.介绍构形理论在导热问题中的研究应用,并在已有文献基础上,结合经过优化的变断面导热通道,以矩形单元体为基础,按从内部小结构到外部大结构的过程,对所给控制体进行向外构形优化.然后,从控制体总体结构开始进一步对其进行向内构形优化,在给定相同参数条件下,分析比较各级最佳构形体的热阻大小,得到完整的解析解;确定构成各级高级构形体所需的低一级构形体的最佳数目:求出控制体热阻最小时的最优构形级数.向内构形优化的结果表明,增加控制体内部复杂程度并不总能降低其热阻,而是存在最佳的构造级数,使热阻达到最小.     

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.     

空调用贯流风机进气状态对其性能的影响分析

本文采用计算流体力学(CFD)的方法建立空调室内机流道的数值计算模型,定义了用于描述室内机贯流风机进气口气流方向的参数偏心度Φ.分析了室内机不同类型的前面板和换热器对贯流风机进气口流场状态速度分布,偏心度分布的影响,以及其与室内机性能的关系.为合理布置室内机前面板、换热器等结构,优化贯流风机进气口气流状态,提高贯流风机流量,降低贯流风机噪声提供参考.     

一种多功能换热器的设计与试验

为研发数据机房空气调节用高效制冷机组的需要,设计了一种兼为冷凝蒸发器和储液器的多功能壳管式换热器。换热器的管程为蒸发侧,由数个相互独立的蒸气压缩制冷回路的蒸发管簇组成,通过启停制冷压缩机的工作数量等能量调节技术以适应热负荷的宽幅变化;壳程为冷凝侧,进入的第二制冷工质的干度或过热度随着外界环境温度及热负荷的变化在较宽的范围内波动,通过进液口、均流板和蒸发管簇,被冷凝和过冷后储存在壳管的下半部,通过液泵输送到室内侧蒸发器吸热。该换热器结构紧凑、工作可靠,可通过调节制冷系统的能量输出精确控制供液参数,并通过调节第二制冷工质的供液量快速响应被控对象热负荷变化,工程样机性能试验结果表明该换热器达到了预期设计目标。     

新型脉冲式热流计分析研究

现有热流计都需要流量计来计量流量.流量计很容易损坏并产生计量误差.为了解决这一问题,依据能量守恒提出了一种新型热量计,并对该装置的测量原理进行了理论分析和数值模拟,从而实现了只测量温差的情况下测出用户消耗的热量,摆脱了流量对测量结果的影响,从模拟和理论分析证明本方法能够较准确的计量热量值.     

离心压缩式热泵装置的(火用)传递分析

依据(火用)传递原理,建立在线运行大功率离心压缩式热泵机组及装置的(火用)传递模型。提出并定义装置和设备(火用)转换率、(火用)功率下降率、(火用)流密度下降率和(火用)阻系数等评价分析准则及其计算式。在此基础上,对热泵在能量转换及传递过程中之能质行为做了(火用)传递分析,得出节流阀、压缩机的(火用)功率下降率最高。原因是节流过程流速、流态在瞬间发生剧烈变化,导致过程(火用)损很大,压缩机的机械性能与冷媒的热物理性能均存在某些不足;蒸发器的(火用)阻系数最高,说明其结构设计有明显缺陷;节流阀的(火用)功率下降率和(火用)流密度下降率相同,表明设备的结构因素与时间条件对节流阀的影响相同。分析结果揭示出机组主要设备的结构设计、热工性能及冷媒热物性对装置用能过程的影响度,得出压缩机在结构设计上仍有改进余地,节流降压因其严重影响装置的合理用能而不宜取,蒸发器的主要问题是在冷媒侧而非结构设计缺陷的结论。对装置同时做的能量分析和(火用)分析计算表明,前者仅给出能的数量利用分析,后者也只是对能量行为的静态分析,而(火用)传递分析由于是对过程能量行为的动态分析,可直接提供机组和设备的结构参数及随机运行工况对用能过程影响的新信息,从而为改进机组设计及指导装置运行提供具体意见。     

水泵变频能耗的试验研究

对并联水泵采用变频调节及变流量调节多种组合方案,得出开式循环和闭式循环中水泵能耗的异同。结果表明,无论在开式和闭式循环中,采用变频调节相比变流量调节功率比小,更节能;在2个水泵并联时,采用同时变频调节方案最节能,且闭式循环比开式循环的节能效果明显;3个水泵并联时,闭式循环的最佳调节方案比开式循环的最佳调节方案节能10%。     

某医院住院楼地源热泵热水系统性能测试与研究

简单介绍了某医疗建筑的能耗情况和医院的工程概况,并对本医院的供热水系统——地源热泵系统的运行情况进行测试和性能研究,包括对机组冷冻水的进/出温度的测试、土壤换热器吸热效率的测试、机组的能效测试等,并分析冷冻水的进/出温度、流量及其他因素对系统能耗产生影响情况,并得出系统冷冻水流量在4.3～4.8kg/s范围内为最佳流量段,此时土壤换热器的吸热效率较高,土壤换热器单位管长换热量在35.5W/m左右,机组的能效比值达4.0及以上,系统的能效比达3.7及以上;最后对本系统进行了节能计算及效益分析,可看出此系统节能效益非常可观。     

液电混合驱动液压挖掘机动臂特性及能效研究

液压挖掘机作业时,动臂频繁升降,举升过程中工作装置集聚的大容量重力势能,在下降时经控制阀转换为热能耗散掉,不仅造成非常大的能量损失,也使油液温度快速升高,需附加额外的冷却装置进行散热,油温的升高也常常引发液压系统故障。为此,提出电动缸为主、液压缸-蓄能器组合为辅的液电混合动臂驱动解决方案。动臂下降时,工作装置的重力势能转化为液压能存储在蓄能器中;动臂举升时,存储在蓄能器的液压能驱动液压缸辅助电动缸驱动动臂,电动缸仅需驱动惯性载荷和物料重力。在研究中,建立了液电混合驱动动臂的试验样机,对其运行特性和能效特性进行了试验测试。结果表明,较无重力势能回收的进出口独立控制系统,相同工况下,液电混合驱动方式降低能耗达72.7%,显著提升了挖掘机动臂举升系统的能量效率。     

空调外机的温度场模拟

空调外机作为空调重要换热的部件,其温度过高会造成外机运行故障,从而导致系统瘫痪,所以针对空调外机温度场进行数值模拟,计算和仿真温度较高区域,便于对空调外机高温处进行温度控制,优化外机运行环境。通过外机内部流体的换热,热传递及其对流,建立流体内部导热方程,同时建立空气与风扇的控制方程,设置边界条件,完成空调外机理论建模,利用Fluent软件,模拟正常换热过程,来观察外机内部流体不同时刻温度变化,空气出口温度,得到不同时刻空调内部流场温度分布图。通过Fluent分析能较准确地得到空调外机温度场分布,为实际空调外机温度控制及其监测提供理论支撑。     

Performance characteristics of a MPCM slurry cooled unit designed for telecommunication equipment

Optimum control of the PCB surface temperature is very important in achieving high performance and operational reliability of telecommunication equipment with high power density and thermal density. In this study, the performance of a liquid cooling unit with MPCM slurries (called as “MPCM cooled unit”) was tested and analyzed. In addition, its performance was compared with that of an air cooled unit and a water cooled unit. The maximum surface temperature and the index of uniform temperature distribution (IUTD) were introduced to analyze cooling performance. The surface temperature in the unit rack of telecommunication equipment can be controlled properly by using an MPCM cooled unit instead of an air cooled unit. The maximum surface temperature and IUTD of the MPCM cooled unit at the inlet temperature of 19°C were lower than those at inlet temperatures of 25°C and 27°C due to the increases of heat capacity and heat transfer rate. The heat capacity of the MPCM cooled unit increased significantly with the increase of mass flow rate due to high specific heat of MPCM particles with latent heat transfer rate. The cooling performance of the MPCM cooled unit was superior to that of the water cooled unit.     

Thermoelectrically controlled micronozzle — A novel application for thermoelements

This paper introduces and assesses the concept of the recently invented thermoelectrically controlled micronozzle (TECMN). A generalized quasi-one-dimensional model for gas flow, which is influenced by area variation and by wall heat transfer, is considered. In order to assess the merits of wall temperature control in micronozzles, the flow in the micronozzle is solved numerically for cases of convergent wall heating, divergent wall cooling, and a combination of both. Thermal efficiency and specific impulse are affected by heat exchange through the side wall of the micronozzle. By cooling the divergent section, kinetic energy increases, thus improving thermal efficiency. The mass flow rate is decreased in all cases that include convergent section heating, thereby enhancing specific impulse. The combination of convergent section heating with divergent part cooling results in significant performance enhancement in terms of thermal efficiency and specific impulse. To determine the TECMN wall temperature profile, we developed a one-dimensional general energy model for a thermoelement (TE) subject to an electric field as well as for heat convection on the lateral surface. The energy equation is analytically solved for constant properties and for Joule heating equivalent to heat convection. The temperature profile is then imposed on the quasi-one-dimensional flow model, which is solved numerically for various mass flow rates and exit wall temperature (cold junction). As the exit section wall temperature and mass flow rate decrease, the utilization of TEs to control the temperature of micronozzle walls considerably increases the Mach number at exit.