大面积超薄蒸汽腔力学特性仿真分析

随着航空航天技术的发展,太空中电子元件的散热问题越发受到重视。蒸汽腔作为一种被动式的气液两相流传热器件,适用于解决航天器散热问题。然而当散热设备尺寸不断增大,常规厘米级尺度的蒸汽腔已经不能满足某些特定场景下的需求。然而蒸汽腔散热面积的增大,会带来更多变形和损坏的问题。本文对长宽尺寸为米级的大面积超薄蒸汽腔展开研究,通过代表体元法局部建模来探究整个腔体结构变化与腔体最大应力的关系。研究表明,蒸汽腔腔体最大应力受支撑柱直径、孔隙率、腔体上下板厚和腔体内外压差4个参数的共同影响,其中最大应力随着孔隙率、支撑柱直径和腔体内外压差的增大而增大,随着板厚的增大而减小。同时,给出了4个参数与最大应力的函数关系式,根据此关系式得到的最大应力与仿真计算结果的误差在15%以内。本文从力学角度分析了影响蒸汽腔结构稳定性的因素,为大面积超薄蒸汽腔设计提供了参考数据。     

热力耦合作用下薄壁均热板的力学特性分析

随着航天技术的快速发展,高功耗、大尺寸电子元件的散热问题亟待解决。基于被动式两相热输运机理的大面积薄壁均热板提供了一种有前景的高效散热选择,同时大面积、薄壁的结构特点也为其流-热-力耦合设计带来了一系列挑战。基于弹性力学理论与有限元分析方法,分析了承力单元各结构参数的力学构效关系,并研究了在不同压力场、温度场、热-力耦合场下腔体应力的变化规律。仿真结果表明,承力单元最大应力与孔隙率、承力柱直径呈指数关系。当只考虑腔体内部温度场时,腔体热应力与承力柱直径正相关,与孔隙率和板厚负相关。温度场和压力场在承力结构的不同部位会导致不同的拉、压应力效果,腔体的表观最大应力受到温度场与压力场两种作用相互叠加或抵消的影响。