液冷功放模块的优化设计及试验验证

随着功率放大芯片的热流密度越来越高,局部高温已成为设备性能下降甚至失效的主要原因。针对某机载平台中高热耗的功放模块,文中首先对设备的液冷散热进行了理论计算,确定了液冷所需的流量。然后结合仿真计算对功放模块的结构进行了优化设计,通过增加局部底板厚度来提高热扩散能力。结合试验测试,对模块的热安装方式进行了优化设计,选取导热硅脂作为模块与冷板的界面材料。在高温验证试验中,优化后模块的芯片壳温降低了13.7 ℃,低于最高允许壳温,满足设备的热设计要求。     

溢流微通道热沉优化设计

在微型冷却器装置中采用短微通道比采用长微通道具有更高的热传递效率。为了实现高传热系数,文中设计了内部结构为溢流形式的微通道结构。该研究的目的是确定一个参数集,以便优化微通道器件内部的热分布。文中使用ANSYS 软件对溢流形式微通道结构的参数进行了优化分析。实验测量结果与仿真结果吻合良好。     

层次脉状结构液冷均温板优化设计研究

由于耐热型植物具有良好的传热传质能力,结合流道拓扑优化设计和耐热型植物高级脉序的叶脉结构特征,提出一种层次脉状结构液冷均温板的设计方法。以热交换最大和流阻最小为目标开展主流道拓扑优化设计,提取胡杨叶高级脉序的结构特征,形成液冷均温板的次流道。定义结构像素密度作为描述次流道中孔的密度参数,分析其对层次脉状结构液冷均温板的传热传质性能的影响。研究结果表明,层次脉状结构的液冷流道具有较小的流阻和良好的均温性,同时主、次流道尺寸存在最优匹配。进一步研究胡杨叶脉的分布规律,发现液冷板主、次流道尺寸最优匹配规律与胡杨叶低、高级脉序尺寸匹配规律相近。研究结果不仅为液冷均温板的设计提供新思路,而且验证了耐热植物叶脉结构特征对其传热传质性能产生的正面影响。最后加工液冷板,通过试验验证了设计方法的有效性及数值模拟的准确性。     

动力电池组液冷散热仿真与实验研究

以某三元软包锂电池组成的实车电池组作为研究对象,采用一种基于口琴管的液冷方案,用COMSOL Multiphysics软件模拟研究冷却电池组的温度分布.得出结论:基于口琴管的动力电池组的液冷方案,在电池1C倍率放电结束后,测点最高温度为43.2℃,单体电池之间的最大温差为0.9℃,可以同时满足电池所需的降温和均温要求....     

多结构形式小通道液冷板散热性能对比研究

小通道冷板作为一种有效的热控装置,已被广泛应用于高热流密度电子器件的热管理领域。文中以通道特征尺寸为2 mm 的串行、并行以及射流冲击/小通道混合液冷板为研究对象,旨在获取这3种结构形式冷板的极限散热能力和流动阻力损失的差异。研究结果表明：在相同冷却工质流量条件下,3种冷板的散热功率由大到小依次为串行通道、并行通道、射流冲击/小通道混合液冷板;串行通道冷板的板内阻力损失明显大于其余两者;在综合考虑压力损失和散热性能的基础上,根据不同热源热流密度条件选择合适的冷板结构,有望满足特定应用的需求。该研究可供小通道液冷板的设计和优化参考。     

钢制多通道结构液冷板散热特性仿真分析

不锈钢多通道液冷板相比传统铝合金液冷板具有强度高、耐蚀性好、成本低等优点。基于Fluent软件建立了钢制多通道电池包液冷系统的CFD仿真模型,分析了不同通道数液冷板对电池温度和进出口压差的影响规律。结果表明：电池的温度随着液冷板通道数增加而降低,当通道数增加到46以后,对电池温度的影响逐渐趋缓;进出口压差随着液冷板通道数增加而增大,当通道数大于46,其进出口压差呈指数形式上升,综合考虑散热效率和泵功耗,获得了最优通道数及液冷板流道结构。在该结构基础上,对冷却液进口速度和冷却液温度进行了模拟分析。结果表明：冷却液进口速度越大,电池温度越低,但是冷却液进口速度达到0.5 m/s后出现热饱和现象;冷却液温度降低会降低电池的最大温度,但同时会增大电池的最大温差,综合考虑最大温度和最大温差,采用冷却液进口温度控制在25℃较为合理。     

某微通道液冷板的结构设计与优化分析

这里以某雷达T/R组件的液冷散热为研究对象,提出了一种新型两进两出U型微通道液冷冷板设计。在保证计算机模拟参数不变的条件下,利用ICEPAK数值模拟的方法,通过分析比较仿真结果,对原单层支流道的冷板进行结构优化,引入双层微通道支流道设计理念。同时,对这两种总体方案进行试验验证,试验结果与ICEPAK仿真结果基本一致。研究结果表明：双层微通道流道的引入显著改善了冷板的散热性能;综合分析液冷板散热效果和进出口冷却液压差,最终选定双层梯形微通道流道设计方案。     

均温板复合微通道液冷板的设计与性能研究

为解决高功耗和高热流密度芯片的散热问题,设计了一款新组合形态的液冷板——均温板(Vapor Chamber,VC)复合微通道液冷板。首先介绍了均温板复合微通道液冷板的设计方法,接着开展了仿真评估,最后进行了测试及回归分析。测试结果表明：VC复合微通道冷板能解决单芯片功耗650 W、热流密度100 W/cm²的散热问题,此时VC复合微通道液冷板底面温度为63.3^?C,热阻只有2.815E-2^?C/W。同时,在一定范围内,随着热源功耗的增加,液冷板热阻减小,散热效果提升。     

带侧向出流孔的梯形通道内部换热特性数值研究

采用非结构化网格和标准k-ε湍流模型,求解三雏N-S方程,对带侧向出流孔的梯形通道内表面流动情况进行了数值模拟,具体研究了孔径为0.03,通道进口雷诺数为30000,测流比分别等于1,0.3,0时梯形通道内的流动及换热情况.结果表明:随着侧流比的减小,通道内表面沿流向相同位置换热趋于一致;平均努赛尔数随之单调递增.     

车载雷达液冷源的模块化设计方法研究

文中分析了车载雷达液冷源设计中存在非标定制、种类多样的问题,根据液冷源的产品特点,重点针对高度受限的液冷源开展模块化设计方法研究。研制了一种基于R410a制冷剂的30 kW标准制冷模块,并开展了制冷模块的性能测试、环境适应性测试和集成验证。该标准制冷模块可通用、可互换、数量可编辑、可扩展,适配于不同规格的液冷源,可大大缩短液冷源的研制周期,降低研制和维护成本,为液冷源的标准化和系列化设计提供借鉴。     

微小矩形通道内气体层流换热的数值模拟

在基于贴壁层概念和已经求得的贴壁层内气体热导率变化规律的基础上 ,数值求解了微小矩形通道内气体层流已充分发展时 ,在壁面等热流边界条件下的温度分布和换热 ,得到了矩形微通道在不同截面长宽比 ζ和不同Knudsen数下的量纲一的温度分布和 Nu 值 ,并进行了相应的讨论。     

基于仿生学的微通道耦合射流系统设计与研究

随着芯片热流密度的不断增长,散热问题日益严峻.文中以叶片脉络、斐波那契数列螺旋和雪花晶体结构为基础设计了3种由中心向四周拓扑的微通道耦合射流模型.通过仿真计算,分析了这3种仿生模型和典型肋柱模型的温度分布,并分析了这4种模型在不同雷诺数下的平均努塞尔数、在不同热流密度下的芯片温升和在不同泵功率下的综合性能.结果表明:3...     

横流通道中肋角度对外表面气膜冷却影响研究

采用非结构化网格和Realizablek-ε紊流模型,求解三维N-S方程,对带肋横流通道中肋的角度不同情况下,外表面气膜冷却换热特性进行了数值模拟。具体分析了肋与横流流动方向成60°、90°、120°时对气膜冷却外表面换热系数的影响。结果表明:横流及肋的存在使通道流场变得非常复杂,肋角度的变化对气膜孔内及出口气体流动有较大影响;肋角度的变化还改变了外表面换热系数的分布,肋角度为120°时外表面换热系数最大,60°次之,90°最小。     

某数字T/R组件微通道液冷冷板的热设计

文中针对某大功率数字T/R组件局部热流密度较高的特点,提出了微通道散热模块与蛇形流道相结合的散热方式,设计了带有微通道模块的液冷冷板,通过仿真分析优化了微通道模块的几何参数,并验证了液冷冷板的散热效果。结果表明：微通道模块对散热效果改善明显,可保障电子元件工作在允许的温度范围内。该设计方式值得在局部热流密度过高的液冷冷板设计中推广应用。     

基于高压水射流涂层清理仿真与试验研究

高压水射流是近年来备受行业关注的高科技清洗技术,与传统清洗方式相比,可清洗形状多变、结构复杂的零部件,能灵活运用在空间狭窄、环境复杂的场合。根据涂层清理的特点和技术要求,研究了高压水射流清理涂层的方法,探索了高压水射流全方位清理涂层技术的可行性,在水射流作用下,确定涂层清理全过程的基本理论和试验方法;通过建立模拟水射流冲击下涂层内部应力分布的数值模型,确定了水射流和涂层之间单向流固耦合的数值算法。结果显示了涂层在不同射流速度和靶距冲击下的流场冲击压力和涂层内部应力分布规律。通过试验验证了利用水射流清理涂层操作的可行性,所得结论可为设计和优化高压水射流清理精密零件工艺及相关设备提供参考依据。     

对地观测微小卫星主承力结构的优化设计与试验

为降低对地观测小卫星单机安装点加速度响应均方根值,提出了一种使加速度响应均方根值最小化的微小卫星主承力结构拓扑优化方法。首先对整星方案进行了有限元分析,分析显示整星Z向某些单机安装点的随机振动加速度响应均方根值过大。对系统进行了灵敏度分析,确定了卫星主承力结构底板是影响随机振动加速度响应均方根值大小的关键因素。以卫星单机安装点的加速度响应均方根值为目标函数,以体积作为优化的约束条件,应用连续体结构拓扑优化思想对卫星有限元模型进行拓扑优化设计,得到了一种单机安装点加速度响应均方根值满足指标要求的卫星主承力结构。最后,通过有限元分析与振动试验,证明了本文所设计的小卫星主承力结构力学性能参数均满足设计要求,其中整星的星敏感器、蓄电池、电源控制器等关键器件安装点的加速度响应均方根值相比优化前分别降低了23.3%、10.6%、11.3%,得到的结果验证了本文优化方法的有效性。     

微通道液冷冷板的设计与仿真分析

介绍了微通道换热的研究现状,基于微通道液冷冷板设计理论,对微通道液冷冷板进行了设计。通过对微通道液冷冷板进行仿真分析,得到在不同功耗下系统所需的流量及对应的芯片温度和冷板压损,同时得到流量功耗曲线和流量压损曲线。     

小尺度圆形通道内流动换热特性试验研究

对圆形细通道流动与换热特性进行了试验测量,着重考察了通道几何参数(直径、长度)对其流阻系数和换热系数的影响规律,试验中雷诺数Re范围为500～5000.研究结果表明:通道直径越小,通道内流体的流阻系数越大,换热系数越大;通道长度越长,通道内流体的流阻系数越小.这将为圆形细通道的应用提供参考.     

微通道换热器结露工况下换热特性及其影响的 试验研究

微通道换热器因体积小、制冷剂充注量少、换热效率高等优点,已被广泛应用到汽车空调和空调系统的冷凝器,但作为蒸发器使用时,会因换热器表面空气结露而影响换热性能。以微通道换热器为研究对象,分析在结露条件下,不同的入口空气湿度、风速和微通道换热器布置倾角等参数对微通道换热器的出口空气温度、空气侧压降、换热量和换热系数的影响程度,研究发现:空气入口湿度对微通道换热器出口空气温度影响较大,相对湿度提高10%,出口温度约提高1.3℃;迎面风速对换热器空气侧压降影响很大,风速从1.5 m/s提高到3.0 m/s,压降增加一倍以上,风速大小为2.5 m/s时,换热器换热效果最佳;换热器倾角较入口相对湿度和迎面风速对微通道换热性能影响较小。     

压电驱动式电脑芯片液冷的试验研究

介绍了以压电泵为液体驱动原件的电脑CPU液冷系统的组成,并以铜为材质,设计了一种集成式CPU液冷散热器,以水为冷却液,在加热功率分别为60W,80W,100W的情况下,测试了水冷块的热平衡时间和热平衡温度.试验结果表明,在三种发热功率情况下,水冷块在20min左右达到热平衡,热平衡温度分别为37℃,43℃,52℃,液冷系统具有很好的冷却效果.