低熔点金属相变热沉热控性能优化研究

低熔点金属相变材料在高性能芯片热控领域有着重要的应用价值。文中以典型的低熔点金属相变材料铋铟锡共晶合金Bi_31.6In_48.8Sn_19.6（E-BiInSn,熔点为60.2 ℃）为例,基于完全熔化临界时刻的准稳态热阻模型,对均匀热流密度边界条件下低熔点金属相变热沉热控性能进行了分析和优化。针对热功率为50 W、持续时间为50 s的单次热脉冲情形,分析了翅片个数和翅片厚度等关键几何参数以及热沉结构材料和相变材料热导率等关键热物性参数对热沉性能的影响规律,得到了相应的优化参数推荐值和热控性能预测图表。相关研究成果可用于指导低熔点金属相变热控技术的开发和优化设计。     

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。     

动力电池相变传热介质热管理系统影响因素分析

新能源汽车动力电池相变传热介质热管理系统由于结构简单等优点得到了广泛的关注。针对目前对该系统的研究主要集中在单一影响因素的分析和改进的现状,首先建立基于相变材料的电池热管理系统数值传热模型,然后对相变材料的热导率、相变温度、用量以及传热路径的接触热阻等因素的影响进行数值分析,得出不同因素的最优作用范围。在此基础上应用正交试验的方法进行重要性和显著性分析,得到不同参数配置下电池热管理系统的性能。结果表明对电池工作温度的影响程度而言,相变温度的影响最明显,然后依次是接触热阻和热导率。而对相变材料液相比例而言,重要性依次递减分别是相变材料的相变温度、用量、热导率和接触热阻。最优参数组合在5C放电倍率也能将电池的温差控制在3℃,工作温度控制在43.5℃内。     

小型水下作业设备相变热控技术研究

小型水下作业设备在海洋资源探测与利用领域扮演着重要角色。随着水下作业设备不断向多功能、智能化、长续航和大深度方向发展,设备内部功率元器件不断增多,散热问题日益严峻。文中提出了一种小型水下作业设备储热模块,采用相变材料被动吸热方式对设备内部发热元器件进行散热。研究了典型热功率条件下相变储热模块的热控性能,并对比了不同类型相变材料的热控效果。结果表明：相比于原有的自然冷却方式,低熔点金属镓相变储热模块可显著抑制热源的温升,将设备的正常工作时间有效延长至原来的2.7倍,起到良好的热防护作用;而有机相变材料因其传热性能差,反而阻碍了热量向外壳传递,恶化了设备的散热性能。文中提出的相变热控模块具有零功耗、储热密度大、工作性能稳定等特点。利用设备原有的壳体空间填充相变材料,不额外增加体积,不影响设备内部空间,可实现相变吸热和自然冷却耦合并行散热,有效防止设备内部器件或设备发生过热损坏,为水下无人作业设备持续、安全、稳定、高效工作提供热防护保障。     

泵驱两相冷却系统设计及性能验证

为了解决电子设备中高热流密度器件的散热问题,文中利用介质相变原理,采用泵驱两相冷却技术实现高效散热。搭建了泵驱两相冷却系统并对关键部件的设计进行了研究,验证分析了系统的散热性能及热负荷变化对多支路流量分配的影响。结果表明：以R134a为工作介质的泵驱两相冷却系统可实现312 W/cm² 的局部散热热流密度;对于多点热源（热流密度为0.4 ~ 5.5 W/cm² ）,不同热源与冷板贴合面附近的温度均匀性好,温差小于1 ℃;对于多支路系统,某一支路热负荷的变化会引起各支路流量分配的变化。     

热-冶金相互作用下焊接温度场的三维动态有限元模拟

焊件在快速加热和冷却过程中温度场的正确描述是焊后接头力学性能分析的前提条件。材料物理性能参数的非线性以及冷却过程中伴随相变产生的相变潜热均会影响温度场的分布。焊接温度场的准确计算必须建立起准确的热传递和相变计算的数学模型以及符合焊接生产实际的物理模型。文中采用Goldak热源分布模型,其表面上热量是按高斯分布的函数,内部是双椭球函数来表示其分布,并应用SYSWELD软件的校正工具根据具体的焊接工艺和条件对热源进行校正;考虑了各相的热物理性能参数及相变潜热与温度的非线性关系,建立了焊接过程的数学模型和物理模型,实现了热-冶金的耦合分析计算,并以低合金结构钢的堆焊为例,对其温度场进行了三维动态模拟。     

星载SAR天线热控技术现状及发展趋势

随着大功率星载SAR（合成孔径雷达）天线技术的发展,阵面设备量及热流密度越来越大,天线热控技术面临新的挑战,对新型热控材料及方法的需求变得愈加迫切.文中对星载SAR天线热控技术的研究现状进行了较全面的综述,针对天线结构形式、阵面发热量、工作模式等方面进行了系统的分析和评述,提出了为实现大功率、高热流密度的热控技术需解决的关键问题,并指出了未来天线热控技术进一步的研究方向.     

高导热能力的蓄热装置传热性能研究

固液相变材料的导热系数极低,往往不能在规定时间内完全相变融化以吸收电子设备工作的热负荷,导致电子设备出现局部超温现象。文中采用数值仿真和试验测试的方法对高导热能力蓄热装置进行研究。采用均温板与蓄热装置一体化设计,均温板将点热源转换为面热源消除了电子产品温度峰值导致局部超温的问题,也增加了相变材料的吸热面积。同时在相变材料中设置铝合金板以及铝合金波纹板。通过上述设计,增大了石蜡的当量导热系数,增加了短时间内石蜡的融化量进而提高了蓄热能力。     

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。     

磨削淬火技术的温度场分析和材料相变研究

磨削淬火技术是利用磨削热对工件表面进行热处理 ,使工件表层发生马氏体相变 ,达到与表面强化处理一样的性能。通过对温度场的分析和材料相变的研究 ,发现利用计算机仿真磨削淬火温度场 ,不仅可以节省大量分析时间和试验费用 ,而且可以利用磨削温度场仿真技术 ,通过选择不同的工艺参数来预测和控制相变层厚度     

电子器件相变储能冷却的试验研究

针对高热耗、较低热流密度、短时工作平台的散热需求,研究了相变储能冷却技术在该类平台上的应用,并针对相变材料导热较差的特点,对增强相变材料的导热性进行了试验研究.结果表明,针对该类平台的应用,相变储能冷却技术具有非常广阔的前景,为相似电子器件的散热问题提供参考.     

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。     

强迫空气加相变散热研究

以某机栽电子设备系统发射机的技术、环境条件为依据,提出了强迫空气加相变散热方案,并选用石蜡作相变材料。通过热设计、分析、建模、试验研究对该方案进行了定性的分析、论证,证明了其在机载和导弹电子设备的热设计中具有一定的价值和应用前景。     

探头引线热损失对TPS法测量导热系数的影响

瞬态平面热源(Transient plane source,TPS)法是一种近年来发展起来的用于测量材料导热系数的方法.在测量过程中,加热功率受到探头引线传热的影响,进而会影响导热系数的测量准确度.针对这个问题,本文研究了测量过程中探头引线热损失对加热功率的影响,推导了热损失的数学计算公式,并提出了相应的修正模型.利用hot disk热常数分析仪对不同材料进行了一系列测量实验.实验结果表明引线热损失对测量的影响随着测量材料以及测试探头尺寸的不同而发生变化.当材料的导热系数大于0.2 W/(m·K)时,探头引线热损失的影响小于0.16％,可以忽略不计;但对于低导热系数材料的测量,对引线热损失进行补偿可以有效地提高导热系数的测量准确度.     

内蒙地区垂直地埋管蓄热过程土壤温度的变化特性

给出了内蒙地区土壤温度计算式,通过计算获得该地区地表以下20m处土壤温度年波动范围为0.0483%。本文针对土壤蓄热过程建立了二维非稳态传热物理数学模型。基于有限元分析法对内蒙地区热泵长期(90天)连续蓄热过程进行了模拟研究。分析了钻孔口径、回填材料、地埋管管径及热流密度等因素对蓄热过程土壤温度特性的影响。研究表明:热泵长期连续运行会导致地埋管附近土壤出现热堆积不利于蓄热。热流密度、地埋管管径对土壤温度场和热作用半径影响较大;钻孔口径、回填材料对其影响较小;钻孔间距应保持在6.5m以上。研究结果对内蒙地区太阳能-地源热泵系统相关参数的设计具有重要指导意义。     

Apparent thermal conductivity approach at high-temperature measurements of porous materials

The apparent thermal conductivity approach for high-temperature investigations of porous materials taking into account moisture transport, convective and radiative modes of heat transport, phase-change processes and chemical reactions is presented. Methods for the measurement of apparent thermal conductivity as a material characteristic are analyzed. An example of the practical application of the approach is given, for a hybrid-fiber reinforced cement composite exposed to high temperatures up to 1000 °C. The aspects of the utilization of apparent thermal conductivity as a tool in an assessment of porous materials and their multi-layered systems exposed to high temperatures are discussed.     

金刚石/ 铜在微波功率组件热设计中的应用研究

随着军用雷达电子装备的功率和功率密度的不断增加,对微波功率组件的散热要求越来越高,传统组件材料已经无法满足日益增加的热流密度要求,对新型热管理材料的需求变得愈加迫切.金刚石/铜具有优异的热传导性能和与芯片匹配的热膨胀系数,是一种极具竞争力的可用于组件封装的热设计材料.文中对金刚石/铜在微波功率组件工程应用中面临的问题开展了相关试验研究,通过热性能仿真测试以及振动、冲击等环境试验验证了其在微波功率组件热设计中应用的可行性.     

The effect of a thin coating of insulating material on the performance of cutting tools

The thermal properties of cutting tools have a dominant effect on metal cutting because of their influence on the length of the contact between the tool and the chip and on chip curvature. Low thermal conductivity of the tool is generally considered desirable.Experiments show that tools made from materials of high thermal conductivity but coated with layers of material of low conductivity have a cutting performance similar to that obtained when the whole tool is made from the material of low thermal conductivity even when the thickness of the coating is of the order of 5–10μm.A theoretical explanation of this behavior based on a discrete (i.e. non-continuum) model of the tool surface and on transient heat conduction considerations is presented.