激光选区微织构增强不锈钢表面冷凝传热

目的针对特殊润湿性表面常用的化学法修饰具有高污染、热阻大和加工周期长的缺点,采用无化学的激光选区微织构技术增强不锈钢表面冷凝传热性能。方法用纳秒脉冲光纤激光正交扫描微织构不锈钢表面,获得正方形网格沟槽-凸起结构的超亲水表面,在电热恒温干燥箱中热处理降低其表面自由能,获得接触角156.7°与滚动角4.2°的不锈钢超疏水表面。然后对超疏水表面进行激光二次微织构,制备出楔形超疏水-超亲水选区微织构表面。通过SEM、XPS及三维光学显微镜分析表面形貌、化学成分及三维轮廓。对比单一超亲水、超疏水及原始表面,测得试样背面温度、冷凝水量和冷凝液滴平均脱落直径,根据相关冷凝传热理论公式计算出四种试样的表面冷凝传热系数。结果冷凝实验表明,楔形选区微织构表面冷凝传热系数可达到(159.7±1.8) W/(m~2·K),其表面冷凝液滴平均脱落直径达到1.2 mm,约为单一超疏水表面冷凝传热系数的2.0倍,冷凝液滴平均脱落直径为全超疏水的55%。结论选区微织构表面超亲水楔形通道对液流有自驱动作用,使冷凝液快速汇聚后脱离冷凝表面,这一选区微织构图案相比单一原始、超亲水及超疏水表面拥有更好的冷凝传热效果;同时表面冷凝液滴平均脱落直径减小,从而具有更高的冷凝传热系数。     

复杂波浪形微通道对流传热和熵产分析

设计一种在微通道底面中心设置波浪状肋片以及在微通道两侧壁面设置矩形肋片的复杂波浪形微通道(WMC-RP),采用数值方法研究其对流传热和熵产特性。将所得结果与光滑波浪形微通道(WMC-S)、仅带有波浪状肋片的波浪形微通道(WMC-R)和仅带有矩形肋片的波浪形微通道(WMC-P)进行对比。结果表明：在所研究的雷诺数范围内,相较于WMC-S、WMC-R和WMC-P,WMC-RP的摩擦阻力系数平均值分别增大了228.15%、42.96%、98.48%,WMC-RP的努塞尔数平均值分别增大了12.08%、8.42%和35.28%,WMC-RP的熵产增大数平均值分别降低12.72%、4.24%、21.04%,这表明WMC-RP的换热效果好、能量利用率最高。     

锯齿形微通道散热器性能的实验研究

微通道散热器具有优良的换热性能,在日益高度集成化的电子器件中有着广泛的应用。设计并加工了一种锯齿形通道和蛇形通道组成的锯齿形微通道散热器。蛇形微通道部分于流体的均匀流动,锯齿形微通道部分主要用于热交换。以去离子水作为冷却工质,在恒定温度75℃加热锯齿形微通道散热器的底面,实验研究了迎流角分别为30°和45°的两种锯齿形微通道散热器。实验结果表明,在流速为10 g/min～45 g/min时,30°及45°迎流角的锯齿形微通道散热器最大的平均传热系数分别为1 170.87 W/(m~2·K)和768.98 W/(m~2·K),最小热阻分别为0.001 5 m~2·K/W和0.002 2 m~2·K/W。同时,30°迎流角的锯齿形微通道散热器的压降小于45°迎流角下的锯齿形微通道散热器,但45°迎流角下的锯齿形微通道散热器具有更好地温度均匀性。因此,30°迎流角下的锯齿形微通道散热器具有更优良的传热性能。     

多孔微通道的固相烧结制备及其对流传热性能（英文）

提出一种低成本固相烧结制造多孔微通道的方法,设计3种多孔复合微通道,并通过优化烧结工艺,制备具有高孔隙率的多孔复合微通道。研究多孔复合微通道的流动阻力和传热性能。结果表明:在流动阻力可接受的范围内,传热性能显著增强,而且流动沸腾也得到强化。将多孔复合微通道结构应用在对流传热领域具有良好的前景。     

热迁移下Ni/Sn-xCu/Ni微焊点钎焊界面金属间化合物的演变

研究了240℃,温度梯度为1045℃/cm的热迁移条件下Cu含量对Ni/Sn-xCu/Ni(x=0.3、0.7、1.5,质量分数,%)微焊点钎焊界面反应的影响。结果表明,在热迁移过程中微焊点发生了界面金属间化合物(IMC)的非对称生长和转变以及Ni基体的非对称溶解。在Ni/Sn-0.3Cu/Ni微焊点中,虽然界面IMC类型始终为初始的(Ni,Cu)3Sn4,但出现冷端界面IMC厚度明显大于热端的非对称生长现象。在Ni/Sn-0.7Cu/Ni和Ni/Sn-1.5Cu/Ni微焊点中,界面IMC类型逐渐由初始的(Cu,Ni)6Sn5转变为(Ni,Cu)3Sn4,且出现冷端滞后于热端的非对称转变现象;Ni/Sn-1.5Cu/Ni微焊点冷、热端发生IMC转变的时间均滞后于Ni/Sn-0.7Cu/Ni微焊点。通过分析微焊点冷、热端界面IMC生长所需Cu和Ni原子通量,确定Cu和Ni的热迁移方向均由热端指向冷端。微焊点中的Cu含量显著影响主热迁移元素的种类,进而影响冷、热端界面IMC的生长和转变规律。此外,热迁移促进了热端Ni原子向钎料中的扩散,加速了热端Ni基体的溶解,溶解到钎料中的Ni原子大部分迁移到冷端并参与界面反应。相反,热迁移显著抑制了冷端Ni原子的扩散,因此冷端Ni基体几乎不溶解。     

热老化与热循环条件下Bi对Sn-1.0Ag-0.5Cu无铅焊点界面组织与性能的影响

研究了在热老化和热循环过程中Bi的添加对低银无铅钎料Sn-1.0Ag-0.5Cu (SAC105)的BGA焊点界面微观组织演变的影响,分析了Bi的添加对SAC105微焊点热老化与热循环剪切性能的影响. 结果表明,Bi元素添加量为2%(质量分数)时,对热循环过程中微焊点界面处金属间化合物(IMC)层整体厚度的增加起到抑制作用,同时阻碍了热循环过程中因焊点热失配导致的IMC层破碎. 但是Bi的添加促进了界面IMC层中Cu₃Sn层的生长,因此在经过20天以上热老化处理后SAC105-2Bi微焊点界面IMC层厚度与SAC105微焊点接近. 此外,Bi的添加可以显著提升热循环处理后SAC105微焊点的抗剪切能力. SAC105-2Bi微焊点的剪切力学性能受到热循环处理的影响较小. 与SAC105微焊点相比,SAC105-2Bi微焊点的断裂模式更早地从韧性断裂向脆性断裂转变,因此Bi的添加降低了SAC105微焊点的热循环可靠性.     

全金属间化合物微焊点的制备及性能表征研究进展

基于微凸点和硅通孔的3D封装是一种通过多层芯片垂直互连堆叠，将芯片技术与封装技术进行结合的新技术，满足了电子产品微型化、高性能的发展需求，是实现下一代超大规模集成微系统的核心互连技术。3D封装技术对互连焊点有一个特殊的要求，即在向上堆叠芯片时，低级封装的焊点不应被重新熔化。低温下制备全金属间化合物(Intermetallic compound, IMC)微焊点为实现叠层芯片互连提供了新的解决方案。本文对近年来全IMC微焊点的制备工艺和基本原理进行综合分析；揭示Cu-Sn系统界面反应的扩散机制及IMC生长动力学规律；对比不同键合参数下全IMC微焊点的服役可靠性。最后，指出各种全IMC微焊点制备工艺的优缺点，并对其未来研究发展趋势进行展望。     

密集纵向翅片排布形式对套管换热单元性能的影响

为提高热管换热器的性能和紧凑度，设计并采用金属增材制造获得了直翅片型(DPHE-1)和周期排列翅片型(DPHE-2)两类密集纵向翅片套管换热单元。通过剖切及几何检测，总结了制造偏差分布特点，显示其内部结构完整。通过光学检测，显示出倾斜翅片两侧的粗糙度分布不均。采用稳态传热实验方法对4种密集纵向翅片套管换热单元进行了传热特性研究。结果显示，由于换热面积的增大和流动掺混作用的增强，在雷诺数Re=2000～15000工况范围内，纵向周期排列翅片(DPHE-2)的平均传热努塞尔数是纵向直翅片(DPHE-1)的1.3～1.4倍，DPHE-2平均阻力系数是DPHE-1的12.6～28.6倍。对比综合传热性能，直翅片型中的长翅片结构，即长翅片（DPHE-1-B）具有相对最优的强化传热性能。     

椭圆管型铸铁冷却壁热态试验分析

对消失模铸造椭圆管铸铁冷却壁进行了热态试验,发现影响热效性的主要因素为炉气温度和冷却水速度。对比分析了圆管型和椭圆管型铸铁冷却壁的传热性能。利用传热学理论计算了铸铁冷却壁热面与炉气之间的传热系数,最后验证了数值模拟方法的准确性。结果表明,炉气温度对壁体温度的影响较大;在相同炉气温度和相同供水条件下,椭圆管型冷却壁比圆管型冷却壁传热性能更好;数值模拟计算与热态试验结果偏差较小。     

歧管式全金刚石微通道表面终端及换热性能

采用直流电弧等离子体喷射装置沉积金刚石膜，利用高能激光将其加工成Z型歧管式全金刚石微通道，对微通道进行氢等离子体处理、酸处理和氟等离子体处理后获得氢终端、氧终端和氟终端。通过搭建泵驱两相流体测试平台开展金刚石微通道换热性能测试。研究发现，在恒定热流处理过程中，随运行时间增加，氢终端歧管式全金刚石微通道疏水性能快速降低；氧终端的亲水性能降低后趋于稳定；氟终端表面最为稳定，其疏水特性经初期轻微降低后保持恒定。同时，发现氧终端和氟终端的歧管式全金刚石微通道对沸腾初期换热以核态沸腾为主导，其核态为泡状流和弹状流。继续加热，大量气泡汇聚形成环形流，此时薄膜蒸发成为主导机制。疏水性的氟终端微通道会加速气泡成核，在流动沸腾状态下传热性能要大于氟终端。气泡过度的形成造成逆流的发生，氧终端微通道可以延缓逆流的发生，表现出更高的沸腾起始点和临界热流密度。而在沸腾状态氟终端微通道的传热系数高于氧终端，氟终端为更加适合的制备疏水性金刚石热沉的表面改性技术。     

动力电池复合材料微通道结构主动液冷换热性能研究

大容量圆柱动力电池在电动汽车上的广泛应用导致电池包轻量化和热管理设计需求日益突出。以新型4680大号圆柱电池为研究对象,设计具有4种不同微通道网络（平行、分叉、蛇形和螺旋）的碳纤维增强复合材料（CFRP）圆筒散热结构,并分析微通道网络结构、冷却剂流速、微通道直径以及微通道进出口数量对其散热性能的影响规律。结果表明,在4种微通道CFRP圆筒结构中,平行网络微通道CFRP圆筒结构的整体换热性能最佳;微通道直径对CFRP圆筒散热性能的影响较小,但对泵压影响较大;二进二出CFRP散热圆筒的换热性能比一进一出圆筒换热结构具备明显优势。     

排气流强化热电转换系统传热特性数值研究

针对发动机排气的特点,建立强化温差发电系统的数学模型,对其通道内的流动传热和阻力特性进行数值计算.数值分析表明:采取对流换热方式可以提高热量的传递效率,获得较高的对流换热系数;改变通道截面的形状,可以得到较低的流通阻力和压降并显著增大换热面积,使温差发电系统的性能得到提高.     

制备非晶薄带冷却辊流动换热特性及协同优化

为改善平面流铸冷却辊的换热特性,提高Fe-Si-B非晶薄带的横向厚度均匀性,建立了冷却辊轴向换热通道数值计算模型。在分析现有通道流动换热特性基础上,提出一种球面形换热通道设计方法。基于场协同理论,综合换热与流阻,对所提球面形通道进行优化,并进行实验验证。结果表明:通道内冷却水换热效率沿水流方向逐渐下降,与冷却辊换热主要发生在靠近冷却辊内壁位置,现有冷却辊宽度中部温度远大于两端,轴向温差明显;球面形通道可以加强冷却辊中部换热,降低外壁温度、热变形和轴向变形差,进而改善非晶薄带横向厚度均匀性;随着球面半径的减小,通道中部换热明显增强,但流阻随之急剧增大;综合流阻与换热特性,存在最优通道优化半径。     

穿水冷却管换热方式仿真分析

采用SolidWorks2009三维软件建立简化模型，利用流体分析软件Floworks对棒材穿水冷却管采用直、曲导流槽及其是否采用紊流套进行了仿真分析，研究了流、固体温度场，流体速度、压力场及棒材表面平均对流换热系数，比较了这4种冷却管结构的效率及成本。     

基于蝶翅微结构的高速主轴冷却水套仿生热结构设计

内置电机作为高速电主轴的主要发热部件之一,在实际工况中,其发热量会影响电主轴的回转精度。为了提高电主轴冷却水套的冷却效率,以自然界中闪蝶翅膀微结构的几何模型、结构功能和位形关系等为参照,结合结构相似理论设计一种具有双层包覆性特点的新型蝶翅仿生冷却水套。基于流体动力学及热传导特性理论,对仿生冷却水套及原始螺旋冷却水套进行流固耦合及共轭传热特性的仿真对比分析。结果表明：当冷却水的雷诺数和强迫对流换热面积相同时,电主轴仿生冷却水套的冷却效率和流动特性均优于原始的螺旋冷却水套,其中内置电机的定子热边界面最高温度降低了8%～11%;仿生冷却水套的冷却水最大流速为0.328 m/s,出入口的最大压降是478.6 Pa,相较于螺旋水套在流动特性方面都有很好的提升,对冷却水套结构设计和高速电主轴驱动电机共轭传热提供了参考。     

离散缝气膜加热效率及换热系数的测量和数值模拟

本文采用液晶瞬态测试技术对带离散缝平板的气膜加热效率及换热系数进行了测量，并把测量结果与数值模拟结果进行了对比。实验结果显示：主流速度较高时，吹风比大，平均效率也高。在主流速度较低时，这种情况并不明显。不同吹风比下反应出来的平均换热系数的差别在靠近缝口的区域较明显，沿下游方向这种差别逐渐减少。同一吹风比下，主流速度较高的，平均效率及平均换热系数也较高。在垂直于流动方向，缝中心线附近区域的效率较高，两缝之间区域较低；而换热系数则是相邻两个缝之间的区域较高，缝中心区域较低。这与数值模拟结果是一致的。     

考虑接触热导的往复滑动条件下的数值传热分析

目的研究往复滑动条件下具有体积温差的两个粗糙界面间的传热特点。方法基于传热学理论,考虑界面间的接触热导,建立往复滑动粗糙界面间的传热模型。采用ABAQUS有限元软件中的子程序GAPCON,将接触热导定义为滑动速度、接触压强、材料热参数以及表面粗糙度的函数,通过数值仿真研究无量纲振幅S?0、无量纲频率??以及界面接触热导的度量参数?对无量纲平均热流密度的影响。结果当???105.3 9,S?0?8时,随无量纲频率和振幅的增大,无量纲平均热流密度增大;当??71 500时,随无量纲振幅的增大,无量纲平均热流密度呈线性增长趋势。结论增大无量纲频率或者振幅,均可提高界面间的热流密度。随着无量纲参数?和振幅的不断增大,无量纲平均热流密度逐渐趋于稳定值,此时界面接触热导值对传热起主要作用。     

非晶带材成形用冷却铜辊内流道传热数值模拟

非晶带材成形采用急速冷却方法,其中冷却铜辊内流道设计是非晶带材成形装备研究中的关键问题。根据带材成形的冷却工艺要求,提出了冷却铜辊内流道设计准则。在此基础上,设计出4种典型的冷却铜辊内流道结构。采用流-固耦合传热方法对所设计的4种不同的冷却铜辊内流道流场进行数值模拟分析,得到了不同流道结构所对应的压力场、温度场随进水流量的变化规律。为了评价内流道的换热能力,提出了内流道综合换热系数作为量化换热能力的指标。分析表明:散射肋形流道进出口压降较小,且其换热能力优于其他3种结构,适用于冷却铜辊内流道结构。     

评价淬火介质换热特性的Grossmann法与集中热容法的比较

研究了用于估算纳米流体、盐水溶液和某洗涤剂基试验介质淬火烈度的Grossmann法和集中热容（ LHC）法的适用性,评价了探头截面厚度对不同淬火介质换热系数的影响。借助于计算机分析了304不锈钢探头在淬火过程中的冷却曲线,并分别采用Grossmann法和LHC法对所测得的冷却曲线进行了换热系数的估算。研究表明,采用矱10 mm不锈钢探头的LHC法适用于淬火烈度小于20 m-1介质的表征。虽然Grossmann法是基于平均换热系数这一假设的,但仍能应用于具有不同淬火烈度介质之间的评定。 Grossmann法能更敏感地反映探头截面厚度对换热的影响。