基于热管散热技术的某相控阵雷达功放模块热仿真分析

为克服液体冷却在某相控阵雷达功放模块热管理中设备复杂、能耗大、稳定性差和管理难度大等缺点,分析提出了热管冷却的功放模块。根据热管性质和工作条件,对热管热作用过程进行合理的假设,建立了热管热平衡状态下的传热模型。应用有限元法对功放模块的热管冷却和液体冷却进行仿真分析,对相同条件下二者相应温度场和热流密度分布进行了比较分析。仿真分析结果表明,在相同条件下,热管冷却比液体冷却具有更好的热传导性和表面均温性,验证了热管冷却技术在功放模块应用中的可行性。     

非轴对称端壁造型对叶片端壁综合传热特性的影响

结合双控制型线端壁造型方法,建立了带有槽缝射流和非轴对称端壁造型的燃气透平叶片端壁的数值研究模型。在验证数值方法正确性的基础上,开展了不同非轴对称端壁设计对叶片端壁综合传热性能影响的研究。结果表明,不同的非轴对称端壁造型会对所研究的大转折角叶片的二次流结构产生不同的影响。在叶栅通道前部造型会降低槽缝射流对端壁前部的气膜冷却作用,而叶栅通道后部的端壁造型能够有效提高整个端壁的气膜冷却作用。对传热特性而言,在叶栅通道前部进行端壁造型能够有效降低通道前部的端壁传热强度,在端壁后部造型可以减小通道中后部的端壁传热强度。综合考虑冷却和传热特性,在叶栅通道后部进行非轴对称端壁造型能够有效提高端壁的综合传热性能,降低热负荷,更加有利于叶片端壁的热防护。     

树形微通道热沉仿生建模及三维热流特性数值分析

对几种典型树叶进行参数测量,获得了各级叶脉直径、交角值及直径比例关系,在此基础上建立了树形微通道热沉的CAD模型,并对不同分形级数的双层微通道系统内的温度和流动特性分布进行了数值分析。结果表明,树形微通道具有更好的均温性,7级分形的树形微通道与6级和8级分形的树形微通道相比,所冷却芯片的温度更低,压降更小,具有更好的冷却效果。     

便携式均热板性能测试系统设计

均热板的主要性能参数包括均温性和传热功率,这两大参数指标直接反映均热板性能的优劣。基于实际均热板测试需要,设计了一种均热板测试系统,具有携带方便、自动化程度高等特点。测试系统主要由加热与冷却模块、控制模块、数据采集与分析模块三大部分组成,合理地运用了浮动支撑、滑动副、球关节浮动接头等机械结构减小了测试过程中可能出现的误差,运用Lab VIEW设计的数据采集分析系统确保了测试精度和可靠性,并运用了传热与传质基本原理分析计算了系统板翅热沉的热阻,其值为0.0871(℃/W),为进一步理论分析提供了依据。     

自相似结构微通道热沉内部流动特性及结构优化

电子设备高度集成化导致其发热功率同步大幅增加,需要更高效的冷却技术解决其散热问题。自相似微通道热沉(Self-similarity micro-channel heat sink,SSHS)是近几年提出的一种新型微通道换热结构,与一般的微通道热沉相比,具有更好的换热均匀性和更宽的适用性。利用数值方法对SSHS的一个完整工作单元内的流动过程进行了模拟计算,以进一步分析SSHS的综合性能,并在此基础上,改进和优化其结构参数。计算结果表明,SSHS内各溢流通道(微通道)间存在较严重的流量分配不均问题,改变溢流通道结构参数对其流量分配过程影响很小,流量分配不均是SSHS自身结构所决定的固有特性,通过将等截面分流通道结构设计改为渐縮式斜坡设计,可以减弱入口分流通道末端的滞止效应,从而可以大大缓解溢流通道间的流量分配不均匀性问题。优化计算结果表明,0.07～0.80 kg/h的流量范围内,当斜坡角度为5°时,可将溢流通道间的流量差由原来的数倍降至不超过35%,而平均流动阻力增加不超过10%。     

冷却油腔形状对发动机活塞振荡传热效果的影响

随着柴油机功率的不断提升,柴油机的热损伤事故时有发生,活塞冷却成为了一个必须面对的研究课题。针对不同形式的活塞冷却油腔结构对传热效果的影响开展研究,采用数值模拟的方法对圆形、椭圆形和水滴形三种冷却油腔截面形状在不同转角、柴油机转速和曲轴行程条件下进行壁面平均传热系数分析,结果标明水滴形油腔的冷却效果最优,因此在柴油机活塞结构设计时,应选用水滴形冷却截面油腔结构。     

导热模块在热设计中的应用

本文介绍导热模块（ＴＣＭ）的结构特点和热性能评价,这种以导热和对流方式组合的冷却模块,其传热功率已达７００Ｗ以上,芯片级的热流密度达２８Ｗ／ｃｍ＾２。ＴＣＭ有效地解决了目前大容量,高速电子计算机的冷却问题,ＴＣＭ的应用前景十分看好。     

三角形与梯形凹槽微通道流动换热特性试验研究

为研究壁面凹槽对微通道热沉流动和传热性能的影响，设计了两种侧壁具有不同凹槽结构的微通道热沉模型，以去离子水作为流体介质展开试验，并通过综合进出口压降、摩擦因子、加热面温度、努塞尔数和综合传热因子评价侧壁凹槽结构对流动换热特性的影响。结果表明，当凹槽开口长度同为1 mm、开口倾角同为25°时，三角形凹槽微通道的压降相对于梯形凹槽最高提高了9.36%；当加热功率同为240 W、入口温度同为20℃时，三角形凹槽微通道散热能力始终大于梯形凹槽微通道；当通道内雷诺数处于试验设定的500～3 500区间时，三角形凹槽微通道的流动与传热综合性能始终优于梯形凹槽微通道；设计微通道热沉侧壁凹槽结构应优先考虑三角形凹槽结构。     

一种微小通道换热器的设计和试验研究

目前阵列系统的集成度与功率越来越高,给电子元器件的冷却及可靠工作带来了严峻的挑战.文中主要介绍了一种针对高热流密度功率器件散热的微小通道换热器的理论计算和仿真分析过程,并进行了多方案的热性能测试试验.试验结果表明:该微小通道换热器在一定的边界条件下能够满足热流密度为200 W/cm2器件的散热需求和工程应用要求.     

电力电子功率器件用风冷散热器换热技术研究

针对电力电子功率器件的散热需求,对用于其冷却的风冷散热器换热技术进行了深入研究.根据功率器件冷却用风冷散热器的结构特点和技术要求,对不同结构的风冷散热器进行热性能试验,并应用仿真计算软件加以辅助验证,最后在相同的温升试验结果下,对比不同结构的风冷散热器在压力损失、单位体积散热量和功率器件安装面均温性等方面的特点.研究结果为类似结构风冷散热器设计提供了参考.     

铜铝微通道热沉的三维数值结构优化

在恒定泵功0.05 W条件下,对水冷铜基和铝基微通道热沉对流换热进行详细数值模拟和结构优化。通过将数值预测结果与前人已发表的试验结果进行对比,验证所使用的数值模型的正确性。同时讨论在恒定泵功下微通道几何结构对微通道热沉中温度分布的影响。模拟结果显示水冷铜基微通道热沉最优的几何结构参数为通道深为580μm,通道宽为90μm,通道密度为100个/cm;铝基微通道热沉最优的几何结构参数为通道深为620μm,通道宽为80μm,通道密度为100个/cm。     

3D 打印三层微通道冷板的综合特性研究

3D 打印技术在快速成型和制造复杂结构零件方面具有巨大的优势。文中采用3D 打印工艺制备了3 种微通道散热器,分别是2 种开放型的单层微通道和1 种封闭型的三层微通道。对三层微通道散热器（Three-Layered Microchannel Heat Sink, TLMHS）的力学性能进行了压力测试。通过实验和数值仿真研究了50 ~ 780 雷诺数范围内和恒定热通量条件下,三层微通道的流动和传热特性。通过实验和数值结果的对比,评价了3D 打印工艺产生的粗糙壁对压降和传热的影响。结果表明,粗糙壁面对压降的影响总是负的,但随着雷诺数的增加,粗糙壁面对传热的影响由负向正变化。通过定义能量和流量效率因子,对传热强化进行了量化分析,发现当雷诺数为244 时,泵功率对传热的强化效率最高,且存在1 个泵功率阈值,使得其对传热的强化不可持续。     

通断型微通道的结构优化与流动特性研究

微通道换热器在解决高热流密度下的散热问题时表现出显著优势,实际工业应用通常采用集成式结构进而充分提高反应效率,但目前在反应元件集成过程中很容易发生流量分布不均进而影响换热性能,甚至出现“干蒸”以及“供液过多”的现象。因此,研究工质在平行微通道内相分配特性对于改善换热效率具有重要的指导意义。通过对通断型微通道进行结构优化,提出一种带有横向微腔的两侧加宽型微通道结构,以流动分布、传热特性、两相分配相对偏差以及压降波动来判定通断微通道相分配均匀度。研究结果显示：通断微通道进行结构优化后显著提高了相分配均匀度,各支管内气体流量相对偏差小于40%,横向微腔的设计使得相邻两个通道间充分混合,整体流动均匀效果提高了37.5%。通过对两侧通道进行加宽设计,起到了气泡过滤器的作用,减小两侧空间压力,保证通道内流型以及压力的一致性。     

Forced air cooling by using manifold microchannel heat sinks

A study of manifold microchannel (MMC) heat sinks for forced air cooling was performed experimentally. The manifold microchannel heat sink differs from a traditional microchannel (TMC) heat sink in that the flow length is greatly reduced to a small fraction of the total length of the heat sink. In other words, the MMC heat sink features many inlet and outlet channels, alternating at a periodic distance along the length of the microchannels while the TMC heat sink features one inlet and one outlet channels. The present study primarily focused to investigate the effects of geometrical parameters on the thermal performance of the manifold microchannel heat sinks for optimal design. Also, the thermal resistances of the MMC heat sinks were compared with those of the TMC heat sinks. Experimental results showed the thermal resistances of MMC heat sinks were affected strongly by the pumping power, the microchannel width and the manifold inlet/outlet channel width, but weakly by the microchannel thickness-width ratio and the microchannel depth coorporated with the manifold inlet/outlet channel width. However, it was found that there existed the optimum values of the latter parameters. Under the optimum condition of geometrical parameters in the present study, the thermal resistance of the MMC heat sink was approximately 35% lower than that of a TMC heat sink, which clearly demonstrated the effectiveness of using a manifold.     

大容量电力电子装置中板式水冷散热器的优化设计

为提高水冷散热器的散热能力、控制其温度均匀性,在散热器外形尺寸及流量一定的条件下,从理论上对层流范围内平板式水冷散热器的三个通道参数(通道数、散热片高度、散热片占空比)与散热器量纲一散热热阻的变化关系进行了推导。提出可根据这些变化关系来对任意尺寸平板式水冷散热器的各通道参数进行优化选择,在工程设计上具有很好的指导意义,仿真和试验结果证明了方法的有效性并表明:小通道尺寸的平板式水冷散热器对于解决大热流密度器件的散热更为有效,散热效率更高;在同样的参数情况下,流量增大则散热器效率降低,应综合考虑散热器流阻和流体平均温升的控制要求来选择流量。     

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。     

芯片冷却用微通道散热结构热流耦合场数值研究

对4种微通道散热结构(平行结构、网格结构、螺旋结构和树型结构)在相等传热面积、相同边界条件下的流场与温度场进行数值研究。通过热流耦合场数值分析,得出了不同微通道散热结构的电子芯片温度分布和微通道内的速度场,分析了微通道拓扑结构对电子芯片散热效果的影响。使用平行微通道散热的芯片温度均低于80℃,其中有81%的面积在60℃以下;使用网格和螺旋散热结构的芯片最高温度均在90℃以上,其中温度在20～60℃之间所占比例分别约为62%和61%;使用树型微通道散热的电子芯片温度均低于70℃,其中有94%的面积在60℃以下,且温度分布最均匀。此外,芯片微通道内的流体平均流速大的微通道系统能带走更多的热量。     

高热流密度功放芯片冷却用两相流技术研究

功放芯片是现代雷达和电子战设备最重要的发热器件,其中Ga N芯片在T/R组件中得到了越来越广泛的应用。文中针对Ga N芯片热耗大、热流密度高等特点,探讨了从两相流冷却技术角度解决散热问题的工程可行性。分析了两相流冷却原理,提出了用菱形肋微通道冷板来强化对流沸腾换热的方法,并搭建了试验系统对散热性能进行了测试。试验结果证明了两相流冷却技术应用于高热流密度功放芯片散热的有效性和可行性,为未来高热流密度功放芯片的散热提供了可行的解决方案。     

微通道换热器试验测试系统研究

搭建了一套测试微通道性能参数的循环换热试验系统,介绍了组成该系统的微通道换热器、模拟芯片、微型泵、恒温装置以及控制测量等部件.以水为介质,对三种不同结构型式微通道换热器的传热及流动性能进行了试验研究,测量了进出微通道换热器的冷却液流量、温度和压差以及模拟芯片表面多个测点的温度等参数,获得了微通道换热器内的流动阻力和传热特性.     

高集成阵列天线微通道散热设计方法研究

高集成阵列天线以其高精度、大范围、多功能的特点成为当今雷达天线发展的主流。然而,电子元件的高度集成导致天线阵面高热功耗,进而恶化天线电性能,因此高效率的散热设计必不可少。微通道散热装置是一种基于流体热交换的换热器,良好的微通道布置结构对稳定天线工作温度和确保天线的控制精度有着重要作用。文中基于ANSYS软件设计了天线微通道有限元模型,根据传热效率对微通道结构参数进行了优化,设计了蛇型流道和U型回路流道2种微通道散热结构,并进一步从传热效率和工程实践出发,对结构进行优化,设计出更加合适的2种一体式散热结构。