液态金属冷却电缆仿真及实验研究

提出将室温液态金属作为高载流电缆的导电及冷却介质,通过电流、温度及流动等三维多物理场耦合数值仿真方法研究了不同工况下液态金属冷却高载流电缆的温度变化规律,并与电缆传统水冷进行了详细对比,结果表明,液态金属具有高效的冷却效果。同时,搭建了液态金属冷却电缆实验平台,初步验证了液态金属冷却高载流电缆的可行性。     

高导热阳极氧化铝陶瓷膜铝基板的研制

采用阳极氧化法在铝表面生成一层氧化铝陶瓷,利用该绝缘陶瓷层替代铝基板中的绝缘胶膜,制备了一种阳极氧化铝陶瓷膜铝基板,并将该铝基板应用于LED照明。测试结果显示:阳极氧化铝陶瓷膜的电气强度可达120 V/μm,体积电阻率大于106MΩ?cm,采用该技术制备的铝基板的"整体热阻"可降低至0.34 K?cm2/W。LED灯具应用表明,其热阻比普通铝基板的热阻降低9.1℃/W,比填料型高导热铝基板降低4.6℃/W,因此,基于该技术的铝基板具有明显的导热性能优势。     

沟槽式与烧结式功率模块的热性能优化实验

为提高功率模块的散热效率,此处将烧结铜粉式热管、沟槽式热管分别与3种不同结构的散热器组合,形成9种中央处理器(CPU)散热模块,探究热管放置方式、热管类型及不同热流密度下各散热模块热性能的分布规律及传热系数的变化趋势,以期获得最高效的散热方式。实验结果显示:在该实验工况下,L_3-3号CPU散热模块散热性能最优,该模块热阻降低了46%;对比沟槽式热管,烧结铜粉式热管的热阻降低了34%;旋转180°条件下烧结铜粉式热管热阻较沟槽式降低了48.9%,具有更快的启动速率与更高的毛细压力,更适合与散热器结合组成高散热模块;正交实验热管极差较散热器极差降低了3.6℃,证明平板热管对高散热模块影响更大。     

高压单芯电缆铝护套下热阻的动态特性与实验研究

为了掌握电缆铝护套至导体热阻随温度变化的规律,提出了电缆铝护套至导体热阻的模型,通过高压单芯电缆阶跃电流温升实验,得到电缆各层在不同稳态下的温度分布,并根据热阻定义,推导电缆各层在不同温度下的热阻值及其随温度变化的规律。结果表明:电缆铝护套至导体热阻随温度的升高而降低,递减速率随温度的升高而变缓,并趋于稳定;单位长度电缆的绝缘层热阻和铝护套至导体热阻分别趋近于0.50 K.m/W和0.55K.m/W,其值比IEC 60287标准计算值分别小0.054 7K.m/W和0.077 1K.m/W;求得铝护套至导体热阻率为3.070K.m/W,比标准值小0.43K.m/W;气隙层热阻值为空气强制对流热阻值和接触热阻值并联之和,其值比标准值小1个数量级。     

大功率电力电子设备用微槽道系统实验研究

为同时满足大功率电力电子设备高热流密度散热及被冷却表面低温的要求,设计搭建了闭式真空微槽道制冷系统,对去离子水在负压下进行了实验研究。微槽道散热器包含17条尺寸为0.6mm(W)×2mm(D)×20mm(L)的微槽道,材料为无氧铜。实验工况为进口压力Pin=38.9~166.8kPa,流量V=3.2~20L/h,质量流速G=42~262kg/m2s,热流密度q″=6.6~220W/cm2。实验结果表明IGBT壳温随压力的减小而减小,平均换热系数随压力的减小而增大,验证了负压两相系统的优势,在发热面温度低于80℃的情况下实现了热流密度100W/cm2。     

热界面材料对LED车灯结温的影响

随着LED芯片功率不断提高所导致的热流密度逐渐增大,结温成为影响LED芯片性能稳定性的关键因素。为有效降低结温,研究如何利用高效的热界面材料,提高芯片与热沉之间的传热。以实际LED车灯为研究对象,进行了不同导热系数热界面材料的性能测试和LED车灯结温试验,配比得到了导热系数较优的液态金属热界面材料。同时,利用计算机对所建模型进行了数值模拟仿真,仿真结果与试验结果相吻合,验证了所建模型与仿真方法的准确性。结果表明:混有铜纳米颗粒的液态金属铋基合金形成的热界面材料导热系数能够达到10.42 W/(m·K),通过降低芯片与热沉之间的接触热阻使LED结温降低了7℃。以上结果为今后LED芯片热界面材料的制备与选择提供了新思路。     

热导率测量系统的开发及应用

根据一维稳态的导热原理自主研发了一套聚合物材料热导率（λ）的测量系统,适用范围λ=0～2W/（m.K）。该系统由机械子系统和控制子系统组成。机械子系统包含本体、加载模块、加热模块、冷却模块4部分,控制子系统包含温度传感器、热流传感器、PC和基于LabVIEW的图形化软件,实现了温度与热流量信号的采集、温度的控制及热导率等的显示输出。使用该系统实测了5种聚合物材料的热导率,实验测量值高于文献参考值＋2%～＋10%,其主要原因是样品上表面与加热盘下表面之间的存在热阻,略微降低了样品热端温度的测量值。     

高功率密度紫外LED光源模块的液态金属散热系统

紫外LED光源具有十分广阔的市场应用空间,而提高紫外LED光源的功率密度是其性能优化的重要需求之一。散热问题是目前研究高功率密度紫外LED光源所面临的主要难题。本文提出了一个针对紫外LED光源模块进行散热的液态金属散热系统,并实验研究了其散热性能。采用液态金属散热系统,紫外LED光源模块的工作电流最高可达到122.1 A,功率密度达到939.9 W/cm~2,此时芯片结温仅为79.7℃,说明该液态金属散热系统具有十分优秀的散热性能。     

基于热管散热的LED器件封装热分析

大功率发光二极管(Light Emitting Diode,简称LED)结点温度的高低汽接影响到LED的寿命和可靠性,故保持LED结温在允许的范围内,是大功率LED封装和应用必须解决的核心问题.提出将扁平热管应用在大功率LED的散热上;比较了扁平热管和铜板两种散热方式下 LED的结点温度和热阻的热特性.研究结果表明,在输入功率为3 W时,热管冷却LED的结点温度为52℃,而铜板冷却LED的结点温度为83℃,对应的系统总热阻分别为8.8 K/W和19K/W.由此证明,在大功率条件下,热管的散热能力明显优于传统的铜板散热.     

超轻多孔泡沫金属平板热管的传热性能研究

以水、乙醇和丙酮为工质,以超轻多孔泡沫金属为毛细吸液芯构造了新型的平板热管,并对其传热性能进行了实验研究。研究了填充工质、充液比、热管放置角度及加热功率等因素对平板热管传热性能的影响。结果表明以超轻多孔泡沫金属为毛细吸液芯可以显著强化平板热管的传热能力,具有优异的均温性能,扩展了平板热管承载高热流密度的能力,可达200W/cm2以上,并减小了平板热管的热阻,热阻最小可达0.09℃/W。在3种工质中,水为最佳工质选择,且当充液比为30%时具有较好的换热效果。     

平板热管微槽道传热面上纳米流体沸腾换热特性

针对高热流密度负荷下大功率电力电子设备散热冷却，该文以带有微槽道强化传热面的小型重力型平板热管蒸发器为研究对象，以水-氧化铜纳米颗粒组成的纳米流体为工质，在不同运行压力和不同纳米流体浓度下对平板热管蒸发器的沸腾换热特性以及临界热通量(CHF)进行了实验研究。结果表明：压力对平板热管蒸发器的沸腾换热特性和CHF有强烈影响，沸腾换热系数和CHF随压力降低而大幅度增加。纳米流体浓度对沸腾换热系数和CHF也有重要影响，在低浓度时，沸腾换热系数和CHF随浓度增加而缓慢增加。但是在浓度超过1.0%时，浓度对CHF 的影响基本消失，换热特性反而恶化。研究证明，以水-氧化铜纳米颗粒组成的纳米流体可以明显地强化重力型热管蒸发器换热 特性。     

火电厂冷端在线监测诊断模型及其应用研究

建立了包括凝汽器、冷却塔及循环水系统在内的火电厂冷端数学模型，并利用火电厂管理信息系统的数据，计算循环水流量、凝汽器传热及冷却塔性能缺陷对机组经济性影响，实现火电厂冷端设备的在线监测及诊断。该系统在某电厂220MW机组上应用取得成功。     

密闭式循环水冷却系统及其在工业中的应用

为了克服常规直流式冷却系统所存在的浪费水的缺点 ,开发了用于不同类型的工业系统的密闭式循环水冷却系统。实际运行的结果表明 ,此类系统除了具有极高的散热效率外 ,还具有节水、节能和无污染的优点。     

基于CAN总线技术的高炉冷却壁水温差及热流强度在线监测系统

详细介绍一种采用CAN总线技术的高炉冷却壁水温差及热流强度在线监测技术, 描述该系统的工作原理、组成及结构。该系统安装简便,可靠性高。采用该监测系统可实时监测高炉冷却系统的水温差、流量及热负荷,为高炉安全生产提供有力保障。     

小型静止无功发生器散热系统设计

研究了电力电子装置中常用的强制风冷散热方式。通过对对流换热过程的深入分析,确定了影响散热效果的因素,在尽可能增加散热面积的基础上,通过在流场中引入紊流来改善散热效果。据此对小型静止无功发生器(SVG)的散热系统进行了设计,完成了热阻、风量和风压的计算,以及风机选型和整个散热系统的设计。经过计算验证,该散热系统可以将芯片结温、壳温、散热器温度控制在允许的范围之内,能够满足小型SVG的散热要求。     

半导体制冷-相变材料保温的电池组热管理

为提高户外基站备用电池组的工作性能、延长使用寿命,需要进行冷却和保温。将半导体制冷(TEC)与相变材料(PCM)保温相结合,对基站用48 V铅酸电池组进行热管理。模拟分析TEC的布置、制冷功率和环境温度对冷却保温效果的影响。TEC设置在电池组前后两侧、制冷功率为170 W时,可降低电池的温度、提高冷却阶段电池组温度场的一致性、延长保温时间。电池组经过连续的冷却保温过程,仍处于最佳工作温度范围,电池充放电时的最高温度可得到抑制。     

一种新型结构的热管式散热冷板性能的数值模拟试验与分析

针对高热流密度负荷下大功率行波管的散热冷却，该文在试验研究的基础上，对一种具有并联热管组结构的新型平板式热管散热冷板的内部运行机理进行了数值模拟，分析并预测了加热冷却条件对该平板式热管运行性能的影响，为该新型平板式热管散热冷板的实际应用提供了依据。     

铅炭电池壳体散热结构的开发设计

介绍了一种铅炭电池用电池壳体开发设计。实验结果表明,具有散热结构的槽体使铅炭电池大电流充放电过程中产生的热量能够快速的散出,降温效果明显,减少电池失水,通过计算得出在散热结构的槽体上贴附高导热的石墨散热膜,可以进一步加强散热效果。     

300 MW汽轮发电机强迫循环蒸发冷却定子绕组温升计算

电机定子绕组内部蒸发冷却技术是中国自主创新技术,目前尚处于研究阶段,该文介绍了利用相变吸热原理实现电机定子绕组内部蒸发冷却的工作原理,并以300 MW汽轮发电机设计数据为依据,采用分相模型计算两相流动阻力,采用热量守恒方程计算蒸发点,经多次迭代,确定蒸发点位置、单相段和沸腾两相段绕组温度,并与试验值对比分析,说明相变传热方式冷却效果比无相变传热好,同时分析了通过流量调节可以控制蒸发点位置,防止两相流动阻力过大而引起气阻现象。该文提供的定子绕组温度计算方法为定子绕组内部蒸发冷却技术进一步应用于大型发电机提供理论依据。