电子设备热设计中高效导热垫的选型方法

文中针对电子设备热设计中高效导热垫选型缺乏理论计算的现状,提出了基于导热垫厚度和导热系数计算的导热垫选型方法。该方法以热源与散热板的间隙尺寸链为基础,通过尺寸链公差和导热垫压缩量的关系,推导出导热垫厚度计算方法;通过自然对流散热理论,计算散热板的温度,再以单层平壁导热理论给出的导热系数与温差公式为基础,提出导热系数的计算方法,进而确定导热垫的型号。最后用实例详细介绍了电子设备热设计中导热垫的选型方法,并通过仿真验证了该方法的合理性。     

二氧化碳探测仪的热控系统

根据二氧化碳探测仪所处的空间环境、结构特点和工作模式,采用被动热控和主动热控相结合的方法设计了它的热控系统。首先,介绍了探测仪结构及内热源,同时分析了探测仪的外热流,从而得到了热控任务难点。然后,对探测仪的各个部分进行了热设计,采用被动热控与主动热控相结合的方式进行了热隔离、热疏导和热补偿;根据探测仪所处的空间环境和采取的热控措施利用TMG软件进行了热分析。仿真分析结果表明,光学系统主体框架的温度为13.3~21.7℃,满足了设计要求。最后,通过真空条件下的热平衡试验对热设计进行了试验验证,试验结果显示光学系统主体框架的温度为13.0~20.3℃,试验值与计算值基本一致,满足热控指标要求。得到的数据表明提出的热设计方案合理可行。     

两种膨胀系数热变形计算误差分析

本文从热膨胀系数基本定义出发对热变形计算进行了较深入分析。理论上建立了平均线膨胀系数同瞬间线膨胀系数计算热变形的误差数学模型 ,并通过实验论述了精密工程应用中使用平均线膨胀系数计算的工件热变形误差较大 ,提出广泛使用瞬间热膨胀系数替代平均线膨胀系数是提高机器设备精度的发展趋势。     

龙门数控机床主轴热误差及其改善措施

依据ISO和ASME标准建立龙门数控(Numerical control,NC)机床热误差测试条件,通过主轴恒转速和变转速热误差试验分析主轴箱温度场分布及其对主轴热误差的影响趋势。建立龙门机床误差元素模型,分析影响机床各坐标轴加工精度的主轴热误差分量。研究发现,主轴热误差和主轴箱温度存在单调对应关系,温度对主轴轴向的热伸长误差的影响要远大于主轴径向的热漂移误差,但温度变化相对各坐标变形存在热延迟和热惯性等特性。对主轴径向精度影响最大的热误差分量是由机床生热产生的同方向的偏移误差和与之垂直的偏转误差;对轴向精度影响最大的则是轴向的偏移误差。针对热误差特点和分布规律,提出结构优化、热平衡、误差补偿建模等3种减小热误差的措施,并对其各自优点进行了分析。     

[动力电池]基于模型的动力电池系统多尺度热安全设计

针对锂离子动力电池系统的热安全问题,从电池材料、电池单体、电池系统三个尺度,提出了基于模型的电池系统热安全设计开发总体思路。总结了电池材料热稳定性、电池单体热失控特性、电池系统热失控蔓延特性等的测试表征方法。探讨了建立电池热失控的化学反应动力学模型、单体热失控温度与压力预测模型、电池模组热失控蔓延模型过程中需要考虑的因素。利用模型进行仿真分析,可以得到影响电池系统热安全性的主要因素,并指导多尺度热安全设计。     

A facility for characterizing the steady-state and dynamic thermal performance of microelectromechanical system thermal switches

A facility to characterize microelectromechanical system (MEMS) thermal switches by measuring two pertinent figures of merit is described. The two figures of merit measured are the ratio of thermal resistance of the switch in the off and on states, Roff/Ron, and the time required to switch from the off to the on state, tauswitch. The facility consists of two pieces of equipment. A guard-heated calorimeter is used to measure heat transfer across the thermal switch under steady-state conditions. Measuring heat transfer across a thermal switch in both the off and on states then gives the thermal resistance ratio Roff/Ron. A thin-film radial heat-flux sensor is used to measure heat transfer across the thermal switch under dynamic conditions. Measuring heat transfer across a thermal switch as the switch changes from the off to the on state gives the thermal switching time tauswitch. The test facilities enable the control of the applied force on the thermal switch when the thermal switch is on, the thickness of the gas gap when the thermal switch is off, and the gas species and pressure in the thermal switch gas gap. The thermal performance of two MEMS thermal switches employing two different thermal contact materials, a polished silicon surface and an array of liquid-metal microdroplets, is characterized and compared.     

导热硅胶垫选型和性能探究

通过不同加强材料下导热硅胶垫性能的比对,不同导热系数下导热效果的验证,以及不同厚度相同工况下绝缘性能差异的探究,选择更适合实际工况的导热硅胶垫。通过进一步验证PI膜对导热系数的影响,不同压力/压缩变形量下的热阻变化,以及导热系数随时间的变化情况,探究PI膜导热硅胶垫关键性能的变化,并为后续导热硅胶垫的选用提供理论依据和数据支持。     

基于数字孪生的电主轴热特性研究

为提高热特性有限元分析精度,提出了基于数字孪生的电主轴热特性分析方法。搭建基于IoT数据采集系统的电主轴热特性数字孪生物理空间,设计开发基于Java、ANSYS、MATLAB联合编程的热特性数字孪生系统,提出了基于关键测温点温度的热边界条件修正模型,实现了物理空间与虚拟空间的数据映射及热特性数字孪生。实验结果表明,热特性数字孪生体的温度精度达98%,热变形精度达95%,有效提高了热特性有限元分析精度。     

空间摄像机热控系统设计

根据摄像机所处空间环境和结构特点,设计它的热控系统,同时进行了热平衡试验来验证热设计的合理性.首先,总结了摄像机热设计的准则,分析了摄像机所处的空间热环境.然后,对摄像机的各个部分进行了热设计;采用被动热控措施进行热隔离和热疏导,充分利用了摄像机所搭载的卫星平台的热容;采用主动热控措施将温度控制在热控指标范围之内.最后,根据摄像机的热环境和各种工作模式设计了4种极端试验工况,并进行了热平衡试验.试验结果表明,摄像机在存储工况时,其温度与安装面温度相差3℃左右,满足存储温度指标要求;低温工况和高温工况时,其整机温度为-3.1℃和45.7℃,镜头温度为-4.5℃和46.8℃,均满足热控指标要求.试验结果证实设计的空间摄像机热控系统合理可行.     

圆环内圆磨削的热变形有限元仿真

本文运用热弹性力学原理,结合圆环内孔磨削的实际情况,进行合理的简化和假设之后,建立了圆环内孔磨削的热力学数学模型,利用有限元分析软件ANSYS,对热传递过程和热变形过程进行了仿真,得到了磨削工件的温度场分布云图和热变形情况,进而分析了磨削过程中磨削圆环的温度分布及热变形误差。模拟结果较真实地反映了圆环内孔磨削热状况,为解决圆环内孔磨削表面热损伤和热变形等问题提供了依据。     

空间遥感相机热控设计中的热分析与热试验技术的探讨

通过某空间遥感相机模样热分析与热试验结果的比较,发掘出目前我们在这两方面工作中存在的问题。阐明热分析与热试验有机结合的重要性,并就如何提高热分析与热试验水平提出一些建议。     

精密技术中热变形误差理论研究与探讨

在精密工程技术领域,温度变化引起的热变形误差已成为影响精度的主要决定因素,针对此,提出了形体热变形系数、精确热膨胀系数、零件形体非相似性热变形、孔轴最佳热配合的概念,并简要介绍了自行研制的四维高精度热变形实验装置,最后指出了精密机械热变形误差在精密机械领域中后续研究的主要问题。
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机床主轴热设计研究综述

机床的热态性能已成为影响高速机床工作性能的最重要的因素之一。主轴是机床的关键功能部件,其热态特性在很大程度上决定了机床的切削速度和加工精度,是影响机床精度提升的最重要因素。因此,在主轴的设计阶段减少机床热误差的影响,对于提高机床的热态特性十分重要。在过去的近一个世纪时间中,国内外众多学者针对主轴热设计方法开展了研究探索,基于热设计的过程可以分成三部分内容:热态特性分析方法,热设计与优化方法和热态特性试验方法。先通过主轴热态特性(如温度场分布、热变形、热平衡时间等)建模与分析获取必要的参数,然后以此为基础开展主轴结构设计优化、材料设计优化和冷却系统设计等热设计措施,获得较佳的主轴热态特性,最后通过热态特性试验来校验分析和设计优化的结果,整个过程循环直至达到满意结果为止。本文以此为脉络展开,分别探讨了三部分内容的国内外典型研究现状、主要研究内容和所存在的优缺点,并对未来的研究趋势进行了展望。     

多光谱大幅宽光学遥感卫星的热设计及验证

为解决有限热控资源下卫星多个光学遥感载荷及平台单机的热控问题,对该卫星采取主、被动热控相结合的设计方案。首先,根据卫星自身特点、热控需求及轨道外热流确定热设计的总体方案;接着,针对光学载荷和平台重要单机进行详细热设计说明,并利用有限元分析软件计算卫星各组件的温度结果;然后,开展整星热平衡试验,获取试验温度结果判断热设计的正确性;最后,通过对比卫星在轨遥测、热分析及热试验温度数据,验证了该热设计方案的实际效果。在轨遥测数据显示主载荷相机温度控制在19.7~20.3℃之间,光学小载荷温度控制在-31.2~6.6℃之间,舱内单机温度在9.7~29.5℃之间。各温度结果均满足热控指标要求,在轨数据与热分析及热试验结果偏差小于±3℃。表明该光学遥感卫星热设计正确可行,热分析及热试验过程合理可靠。     

碳纳米管在热管理领域的应用研究进展

碳纳米管凭借其高导热率、大比表面积、低膨胀系数和低密度,成为热管理领域的研究热点.文中根据热管理技术的分类,分别调研了碳纳米管在热界面材料、微通道散热、热管及高导热基板等中的应用研究现状.调研发现,碳纳米管可在一定程度上提高散热性能.然而,由于工艺及传热机理的复杂性,许多实验结果比理论预期要差.随着传热机理和工艺的进一步成熟,碳纳米管将在热管理领域展现出更加优异的性能,且其军事应用和商业应用均指日可待.     

永磁同步电机的热路分析及热阻参数测试

针对永磁同步电机设计、参数优化和热分析等问题,对永磁同步电机的热路法温度计算进行了研究,建立了考虑安装和冷却方式的热路模型,提出了一种热路关键参数的测试方法,测试了机壳与空气间的等效热阻、端盖与空气间的等效热阻、安装板与空气间等效热阻,绕组与定子铁芯之间的等效热传导系数,机壳与定子铁芯之间的等效空气隙厚度、端盖与机壳间的等效空气隙厚度、安装板与端盖之间的等效空气隙厚度等热路参数.同时对热路模型进行了热阻敏感性分析,得到了影响电机温升的主要热路参数.实验结果表明,该热路模型和实验测试数据,可以较准确地计算电机温升,误差在5％以内.该热路模型和实验测试热路参数可为同类型电机的设计以及热分析提供很好的参考.     

微膨胀型热开关热特性的参数敏感性

采用参数敏感性分析法研究了微膨胀型热开关导热路径上各项不确定因素对其断开热阻、闭合热阻及开关比等关键热特性的影响。通过与性能试验的比对,验证了热开关有限元仿真热模型的正确性。基于该模型,分析了结构组件导热系数和配合面接触热导率与断开热阻、闭合热阻等热特性的关联性,并依据性能指标的绝对/相对变化量对不确定因素进行了敏感性分类。研究表明:定位杆导热系数是关于断开热阻和开关比的敏感参数,敏感性指标分别为6.716m~(0.5)·K/W和5.129 m~(0.5)·K~(0.5)/W~(0.5);冷端-伸缩段间接触热导率是闭合热阻的敏感参数,绝对变化量和敏感性指标分别为1.865K/W和0.267m·K/W,其余配合面的接触热导率均是闭合热阻的不敏感参数;定位杆径向小面接触热导率是断开热阻和开关比的敏感参数,绝对变化量(敏感性指标)分别为56.495K/W(0.307m·K/W)和32.936(0.235m·K~(0.5)/W~(0.5))。所得的结论可为优化微膨胀型热开关的结构性能提供参考与借鉴。     

175FMI活塞热耦合分析

详细阐述了汽油机活塞从热边界确定到热耦合分析的整个过程,从AVLBoost软件中获得第三类边界条件,并在活塞,活塞销接触分析中叠加温度场获得热耦合分析效果。从温度分布、热应力、机械应力、活塞应变等方面考察活塞结构,为活塞的结构改进和优化提供了经验和理论依据。建立了活塞三维有限元模型,通过理论计算某发动机活塞热边界条件,对其进行温度场分析计算,得到活塞的三维温度场分布特征,对活塞的结构改进和优化具有一定的研究价值。     

大功率固态功率管热设计优化及验证

为研究大功率固态功率管的传热问题,文中以某风冷固态功率管为例,介绍了其结构形式,分析了从功率管管壳到空气热沉之间的主要热阻,通过热设计软件进行了仿真计算。计算结果表明,造成功率管温升较大的热阻有对流换热热阻、导热热阻和接触热阻。为了降低功率管的结温,对每个热阻分别进行了优化设计和计算,通过试验对优化后的模型进行了验证,测试结果与仿真结果一致。最后还对大功率固态功率管的热设计优化方法进行了介绍。     

固态组件和冷板间的接触热阻实验研究

为了维护的方便,电子设备固态组件与冷板之间的连接一般不采用焊接的方式,而是采用螺钉连接、锁紧机构压紧等形式。文中对采用4个M2.5螺钉进行连接以及采用锲形块锁紧机构进行连接两种情况的接触热阻进行了对比实验研究,并研究了相同锁紧形式下,在连接界面添加不同界面材料(导热硅脂、铟箔和导热衬垫)时的接触热阻,以及不同热流密度情况下的接触热阻。结果表明:锁紧机构连接的接触热阻小于螺钉连接的情况;添加界面材料后接触热阻变小;界面材料中,添加导热硅脂时的接触热阻最小,而铟箔最大。